[发明专利]一种无需附加操作的投影仪残余畸变全场标定方法及装置

说明书

本发明公开了一种无需附加操作的投影仪残余畸变全场标定方法及装置。该方法包括对结构光系统进行标准标记平板的多姿态预标定，得到预标定数据；基于所述预标定数据，分别计算相机像素点在投影仪成像面上的实际对应点与模型对应点；计算所述实际对应点与模型对应点的差值，根据所述差值对投影仪的全场残余畸变进行拟合标定。本发明实现了对残余畸变的标定不再需要任何附加操作，仅通过分析系统预标定数据即可得到结果，使用方便、效率优良。

技术领域

本申请涉及投影仪残余畸变标定技术领域，具体而言，涉及一种无需附加操作的投影仪残余畸变全场标定方法及装置。

背景技术

条纹投影结构光轮廓仪或相位测量轮廓仪主要由计算机、相机和投影仪构成。由于镜头的制造工艺与装配误差等因素，相机或投影仪在其成像平面上的实际像素点与其在小孔成像模型下的理想像素点往往不重合，实际像点与理想像点之差便是畸变误差。必须要对系统组成单元，如相机与投影仪的畸变进行精确标定与补偿，方能实现高精度三维表面重建。由于投影成像器件相对光轴的非对称设置，投影仪畸变一般比相机的要大，且更复杂。对投影仪畸变使用与相机畸变类似的常规多项式模型进行描述，通常会在远离光轴区域形成高达像素级别的残余畸变误差。这种残余畸变进而引发后续的系统性三维重建误差。因此，开发高精度结构光轮廓仪必需要解决投影仪残余畸变的精密标定问题。

当前，投影仪残余畸变大多是使用理想平板结合正、反投影分析获得，即对一理想平板开展投影实验，分析相机成像点通过预标定模型在投影仪成像面上的投影点到实际投影仪对应点之间的距离，得到投影仪残余畸变。例如，2013年，Han等人在OpticalEngineering(vol.52,104106)上的论文“Improving calibration accuracy ofstructured light systems using plane-based residual error compensation”提出了一种早期的基于理想平板投影分析的残余畸变标定法。其在对结构光系统进行相机与投影仪模型预标定的基础上，提出首先对某一随机姿态下的高精度白板进行圆点阵列投影与三维测量，拟合得到平板方程；接着计算相机图像中这些圆点先后经相机与投影仪模型，反投影到该平板方程的三维坐标点及其投影到投影仪成像面上的模型对应点；这些模型对应点与实际投影点之差便是残余畸变。该方法采样点数较少，标定分辨率与精度均有限。2019年，Yang等人在Optics and Lasers in Engineering(vol.114,104-110)上的论文“Projector distortion residual compensation in fringe projection system”介绍了一种改良的方法。其在对结构光系统进行相机与投影仪模型预标定的基础上，提出对某一个随机姿态的高精度标准标记平板，如圆环阵列进行相位投影测量，并基于平板标记坐标，使用相机与投影仪模型计算平板姿态；接着搜索每一个投影仪成像面像素点在相机上的等相位对应点，并先后结合相机与投影仪模型计算其在投影仪成像面上模型对应点；模型对应点与原投影像素点之差就是残余畸变。该标定方法从投影仪点出发，搜索对应相机像素点，再返回来计算投影仪模型对应点，经历了两次正、反投影计算与一次双线性插值，计算效率较低。