[发明专利]一种矫正投影光路畸变的结构光三维测量方法

说明书

本发明公开了一种矫正投影光路畸变的结构光三维测量方法，首先以线性透视变换为基准，根据畸变的投影图案得到的相位值求解出三维坐标。其次将该三维坐标映射至DMD靶面，随后根据基于畸变参数事先推导的畸变矫正坐标映射得到非畸变DMD坐标。最后基于同样的线性逆映射模型并联合相机成像光线求解得到真实目标点位置。本方法首先使用原始的相位数据进行重构，再对重构的数据利用标定结果反向进行迭代优化。使其完成去光路畸变的高精度三维重构。

技术领域

本发明涉及结构光三维测量领域，特别一种矫正投影光路畸变的结构光三维测量方法。

背景技术

在结构光三维测量领域中，镜头畸变的存在是影响三维测量精度的一个重要的因素。相对于投影仪光路畸变的矫正，相机畸变的矫正较为简单，可以直接通过标定参数对拍摄到的图像进行矫正。但是由于投影仪不具有获取图像信息的能力，因此在获得畸变参数后无法直接对投影仪图案进行畸变的矫正。当使用当个方向的条纹进行重建时，因为畸变的影响，等相位面往往不是一个平面。因此寻找一种行之有效的投影光路畸变矫正方法十分重要。

发明内容

为了求解三维坐标的同时矫正投影光路，本发明提供了一种矫正投影光路畸变的结构光三维测量方法。

本发明采用的技术方案如下：一种矫正投影光路畸变的结构光三维测量方法，步骤如下：

步骤一，以线性透视变换为基准，根据带有畸变的投影图案得到的相位值求解未经过畸变矫正的三维坐标P_dis(X,Y,Z)；

步骤二，将求解出来的三维坐标P_dis(X,Y,Z)，根据线性变换模型映射至DMD靶面上的二维像素坐标；

步骤三，利用标定结果的畸变参数(k₁,k₂,k₃,p₁,p₂)在DMD靶面坐标系上将DMD靶面上的二维像素坐标进行矫正，得到非畸变的DMD坐标；

步骤四，基于同样的线性映射模型并结合相机成像光线求解得到真实的三维坐标P(X,Y,Z)。

优选的，步骤一具体如下：

由针孔成像模型可知：

其中f_{x_p}与f_{y_p}为投影仪镜头的焦距，u_p与v_p分别为相机的像素坐标，(u_{0_p},v_{0_p})为投影仪靶面的主点位置，(u_p,v_p)为投影仪的靶面像素坐标；

可以通过下式计算：

分别为展开相位，可以通过相移法展开相位得到其中N_x与N_y分别为投影图案正弦条纹的周期数，ω_x与ω_y为单位相位所占像素数，RT_P3×4为投影仪的外参数矩阵；

通过相机的外参数矩阵和投影仪外参数矩阵将投影仪的像素坐标与相机的像素坐标相关联：

其中“-1”表示对矩阵的伪逆，RT_c3×4代表相机坐标系下的外参数矩阵；

由此得到：

将内参数矩阵和外参数矩阵合并成一个矩阵R,即：

提取公式(4)的第一行可以得到：