[发明专利]基于一维线结构光的三维测量系统标定装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于一维线结构光的三维测量系统标定装置及方法，包括遮光板台，投影仪台，底座，遮光板和投影光接收板。可以将一维线结构光图案变为二维阵列图案。使用步骤包括：使用一维线结构光投影仪投射编制好的结构光，并调整好角度和位置以保证垂直关系；选择合适的位置固定遮光板；使用遮光板对投射光进行遮挡，使遮挡后的投影图案符合使用要求；获得举行阵列图案后介绍了后续的标定过程。该发明很好的降低了一维线结构光投影设备的标定难度，提高了标定效率。

技术领域

本发明属于光学三维测量领域，具体涉及一种基于一维线结构光的的三维测量系统标定装置。

背景技术

一维线结构光的三维测量系统具有测量精度高，测量速度快，信息量大等优点，在逆向工程，人脸识别，工业测量等领域具有广泛的应用。一般的测量过程包括：用投影设备向目标物体投射结构光编码图案，再用摄像机同步拍摄，通过解码建立三角测距模型，进而获得目标物体的三维坐标。

标定摄像机和投影设备各自的内部参数以及投影设备和摄像机之间的位置关系是结构光测量系统的首要步骤；目前结构光三维测量系统的传统标定技术一般先标定摄像机，随后使用投影设备投影出特殊的二维图案，提前获得投影图案的各特征点的二维像素坐标，通过已经获知的摄像机的标定参数计算获得投影图案各特征点的空间坐标，建立二维像素坐标和空间坐标的对应关系，再使用摄像机标定技术对投影设备进行标定。传统的摄像机标定方法主要包括两步法，张正友法等，这些方法也可以应用到投影设备的标定中。

张正友法：1998年由张正友提出，使用一张标定靶标，靶标上均匀分布N xN个正方形阵列，提取角点坐标(u，v)，设置空间坐标系，计算单应性矩阵，进而获得摄像机的内外部参数。应用张正友法标定投影设备时，将投影设备假想为逆向的摄像机，使用投影设备投影N x N均匀分布的矩形阵列，矩形阵列各角点的像素坐标(u’，v’)便已知，投影到靶标上后，通过摄像机的标定参数可以计算获得矩形阵列各角点的空间坐标(X’，Y’，Z’)，由此计算单应性矩阵，获得投影设备的内外部参数。张正友法不需要提前获知部分内部参数，操作简单，精度较好。

两步法：Tsai在1982年提出，使用一张标定靶标，靶标上均匀分布N x N个正方形阵列，提取正方形阵列的角点坐标(u，v)，设置空间坐标系，在已经获知部分焦距等内部参数的前提下，通过线性方法获得摄像机剩余内部参数，使用非线性方法求解摄像机的畸变因子。使用两步法标定投影设备时，处理方式与张正友法标定投影设备类似，将投影设备假想为逆向的摄像机，根据实际情况，给出投影设备的部分内部参数，使用投影设备投影N xN均匀分布的矩形阵列，矩形阵列各角点的像素坐标(u’，v’)便已知，投影到靶标上后，通过摄像机的标定参数可以计算获得矩形阵列各角点的空间坐标(X’，Y’，Z’)，随后使用标定摄像机时的方法对投影设备进行标定。此方法需要提前获知部分内部参数，效率不高。

以上方法发展较早，在相关领域的应用已非常普遍，达到了良好的效果，但必须使投影设备产生均匀分布的矩形阵列或棋盘格图案来作为标定图案。一维线结构光投影设备无法投影二维图案，只能投影一维线结构光，直接导致以上成熟的标定方法均不能够应用在具有此类投影设备的三维测量系统的标定中。

发明内容

为了能够采用成熟的标定方法标定具有一维线结构光投影设备的三维测量系统，本发明提供一种基于一维线结构光的三维测量系统标定装置及方法，使基于线光源的一维线结构光投影设备能够产生二维标定图案。

一维线结构光投影设备只能在一个方向(如Y轴)投影等高的线，这条线在在另一个方向(如X轴方向)快速移动，从而产生不同形式的投影图案，但这些图案在Y轴方向都只能是连续的直线，不能产生间断，因此不能产生二维图案，如类似矩形阵列或者棋盘格的图案。由于需要一种二维图案才能够完成标定，如果在标定时，使用特殊方法使一维线结构光的投影设备能够在Y轴方向产生间断，生成一个二维图案，如矩形阵列，就可以使用张正友标定法等方法完成标定，方便地对该测量系统进行标定。