[发明专利]一种鲁棒的条纹投影系统标定方法

说明书

本发明涉及光学三维成像技术领域，尤其涉及一种鲁棒的条纹投影系统标定方法，适用于不同类型的二维标定板，对二维棋盘格投射不同频率的条纹光栅，采集多个位置下的棋盘格以及条纹图图像，接着采用棋盘格角点信息反算角点之间的世界坐标关系，同时基于RANSAC平面几何对特征点的相位作共面性约束，规避噪声点参与平面拟合，有效地提高了八参数系统标定方法的普适性，对相位噪声有很好的抑制作用，提高了系统的标定精度。

技术领域

本发明涉及光学三维成像技术领域，尤其涉及一种鲁棒的条纹投影系统标定方法。

背景技术

三维成像技术是对真实世界进行记录和分析的重要手段，是计算成像与几何测量领域的重要研究内容之一。光学三维成像技术具有非接触、快速、高精度等优势，在日常消费和工业专业检测领域都均有广泛的应用前景。

在现有技术中，基于单相机和单投影仪搭建的光栅投影三维成像系统具有结构简单、价格低廉、数据密集等优点，在工业检测、精密测量等领域备受青睐，主要原理为被测表面对投影仪投射的标准条纹图进行调制，产生变形条纹图；相机采集变形条纹图并在计算机中进行相位恢复来获得相位图；计算机利用系统模型和相位图进行三维重建，获得被测表面轮廓。本方法中的系统模型描述了二维信息和三维信息之间的关系，其具体表达式取决于系统参数。因此，在对被测物进行三维重建之前，需要对系统模型参数进行标定，确定相位图与物理世界的关系。基于八参数标定法的条纹投影系统标定方法具有结构简单、方法便捷等优势，需要准确获取特征点像素坐标、相机坐标以及绝对相位。角点的像素坐标在相机标定过程即可完成，其精度可达亚像素级别，由于角点的像素坐标为亚像素，计算其绝对相位时需要参考邻域点进行数据插值。因此，邻域点的相位精度对角点的相位精度有直接影响。为了保证邻域点的相位精度，在系统标定过程中通常采用白点黑底的标定板，或者采用特制的环形白点标定板，这样会限制该方案的应用广泛性与普适性。而且，若系统标定过程存在噪声，此方法并不能做出抑制，影响最终的标定精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种鲁棒的条纹投影系统标定方法，旨在解决现有的光栅投影三维重构系统标定方法为了避免在标定时特征点的相位时受到噪声干扰只能采用特殊的二维标定板的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种鲁棒的条纹投影系统标定方法，包括下列步骤：

选定二维棋盘格作为标定板，构建系统标定模型；

对二维棋盘格投影条纹光栅，采集图像；

相机标定获取内参矩阵、旋转平移矩阵和角点的像素坐标数据集；

计算二维棋盘格的绝对相位，获取角点的绝对相位；

基于RANSAC平面拟合约束，获取用于系统标定的角点信息数据集；

获取角点的相机坐标，实现系数标定。

其中，二维棋盘格角点之间的距离为5mm，并放置在镜头视场下进行图像采集，实际使用时特征点之间的距离可以任意。

其中，在对二维棋盘格投影条纹光栅，采集图像的过程中，首先对静态二维棋盘格投射条纹光栅并获得条纹图像，然后更改所述二维棋盘格位置继续投射，采集多个位置下的棋盘格以及条纹图像。

其中，投射条纹光栅并获得条纹图像的过程，具体为投影仪投射三种频率的条纹光栅，且对每种频率进行四步相移，获得12幅条纹图像。

其中，在相机标定获取内参矩阵、旋转平移矩阵和角点的像素坐标数据集过程中，对多个位姿的二维标定板图像进行角点提取，并基于张正友相机标定法获取相机的内参矩阵以及各个位姿下的外参旋转平移矩阵。

其中，基于采集的条纹图计算二维棋盘格的绝对相位，基于数据插值获取角点的绝对相位。

其中，基于RANSAC的平面拟合流程，具体包括下列步骤：