结构光系统标定方法及装置、结构光系统及移动设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种结构光系统标定方法及装置、结构光系统及移动设备，其中结构光系统标定方法包括：获得标定板图像和标定板被投影模组投影后的投影图像，其中投影模组的投影图案基于二值几何空间编码图案形成；利用标定板图像和投影图像对包括相机和投影模组的结构光系统进行标定。本发明专利技术可以提高结构光系统标定精度。在相机采用红外相机，投影模组采用投影光栅模组，结构光系统为光栅结构光系统时，还可以为移动设备提供可靠度高、体积小、成本低廉的结构光系统，实现移动设备的高精度三维扫描。

【技术实现步骤摘要】
结构光系统标定方法及装置、结构光系统及移动设备
本专利技术涉及计算机视觉
，尤其涉及结构光系统标定方法及装置、结构光系统及移动设备。
技术介绍
结构光三维扫描技术由于其具有低成本、非接触、高精度、高效率等优点，已广泛应用于产品设计与制造、工业测量、质量检测、医学、影视娱乐等行业，被誉为最有前途的三维测量方法。结构光三维扫描技术通过主动控制光源来实现三维扫描，与其他三维扫描技术相比具有更高的可靠度。在进行结构光三维重建前须先对结构光系统进行标定，即获知结构光系统中相机与投影设备的内部参数，以及两者之间的转换关系，亦称为外部参数。标定精度的高低直接影响三维重建的质量。目前针对相机的标定技术业已成熟，可利用棋盘格标定板对其进行标定，而投影设备为非成像设备，难以准确获取三维空间点与三维空间点在投影图像上相应位置的对应关系，从而导致投影设备的标定相对困难。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种结构光系统标定方法，用以提高结构光系统标定精度，该方法包括：获得标定板图像和标定板被投影模组投影后的投影图像，其中投影模组的投影图案基于二值几何空间编码图案形成；利用标定板图像和投影图像对包括相机和投影模组的结构光系统进行标定。在一个实施例中，所述相机为红外相机；所述投影模组为投影光栅模组；所述结构光系统为光栅结构光系统。本专利技术实施例还提供一种结构光系统标定装置，用以提高结构光系统标定精度，该装置包括：图像获得模块，用于获得标定板图像和标定板被投影模组投影后的投影图像，其中投影模组的投影图案基于二值几何空间编码图案形成；系统标定模块，用于利用标定板图像和投影图像对包括相机和投影模组的结构光系统进行标定。在一个实施例中，所述相机为红外相机；所述投影模组为投影光栅模组；所述结构光系统为光栅结构光系统。在本专利技术实施例的结构光系统标定方法及装置中，投影模组的投影图案是基于二值几何空间编码图案形成，而二值几何空间编码图案具有强鲁棒性、高编码密度和小窗口特征，因此利用标定板被投影模组投影后的投影图像对结构光系统进行标定，能够提高结构光系统标定精度；并且，标定结构光系统是基于标定板图像和投影图像，标定过程中没有引入相机标定误差，也能够提高结构光系统标定精度。进一步的，实施例中，在相机采用红外相机，投影模组采用投影光栅模组，结构光系统为光栅结构光系统时，可以实现可靠度高、体积小、成本低廉的光栅结构光系统高精度标定。本专利技术实施例还提供一种结构光系统，用以提高结构光系统标定精度，该系统包括：相机，用于拍摄标定板图像和标定板被投影模组投影后的投影图像；投影模组，用于将基于二值几何空间编码图案形成的投影图案投影至标定板；所述标定板图像和投影图像用于对包括相机和投影模组的结构光系统进行标定。在一个实施例中，所述相机为红外相机；所述投影模组为投影光栅模组；所述结构光系统为光栅结构光系统。本专利技术实施例的结构光系统，能够提供标定板图像和标定板被投影模组投影后的投影图像，用于对结构光系统进行标定，其中投影模组的投影图案是基于二值几何空间编码图案形成，而二值几何空间编码图案具有强鲁棒性、高编码密度和小窗口特征，有利于提高结构光系统标定精度。进一步的，实施例中，在相机采用红外相机，投影模组采用投影光栅模组，结构光系统为光栅结构光系统时，可以为移动设备提供可靠度高、体积小、成本低廉的结构光系统，适应于移动设备高精度三维扫描的需求。本专利技术实施例还提供一种移动设备，用以提高结构光系统标定精度，该移动设备包括：上述的结构光系统标定装置，以及上述的结构光系统。本专利技术实施例的移动设备使用上述结构光系统及结构光系统标定装置，可以实现移动设备的高精度三维扫描，进一步的，实施例中，在相机采用红外相机，投影模组采用投影光栅模组，结构光系统为光栅结构光系统时，可以为移动设备提供可靠度高、体积小、成本低廉的结构光系统，实现移动设备的高精度三维扫描。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：图1为本专利技术实施例中结构光系统标定方法的示意图；图2为本专利技术实施例中投影图案的示例图；图3为本专利技术实施例中结构光系统标定装置的示意图；图4为本专利技术实施例中结构光系统的示意图；图5为本专利技术实施例中移动设备的示意图；图6为本专利技术实施例中实验对象标准平面板的示例图；图7为本专利技术实施例中实验所得特征点检测结果的示例图；图8为本专利技术实施例中实验所得三维扫描后的点云示例图；图9为本专利技术实施例中实验所得利用点云重建的曲面示例图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本专利技术实施例做进一步详细说明。在此，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。专利技术人发现，在结构光系统标定过程中，投影设备的标定相对困难，这是由于投影设备为非成像设备，难以准确获取三维空间点与三维空间点在投影图像上相应位置的对应关系，虽然有一些现有方案采用投影方格、圆点或条纹的方式标定结构光系统，但是这些方案也无法实现高精度的结构光系统标定。还有一些现有方案利用相机标定结果对投影设备进行标定，然而这样会引入相机标定误差，降低结构光系统标定精度。针对这一问题，在本专利技术实施例中提供一种结构光系统标定方法，如图1所示，该方法可以包括：步骤101、获得标定板图像和标定板被投影模组投影后的投影图像，其中投影模组的投影图案基于二值几何空间编码图案形成；步骤102、利用标定板图像和投影图像对包括相机和投影模组的结构光系统进行标定。由图1所示流程可以得知，在本专利技术实施例中，投影模组的投影图案是基于二值几何空间编码图案形成，而不同于现有单纯采用投影方格、圆点或条纹的方式，由于二值几何空间编码图案具有强鲁棒性、高编码密度和小窗口特征，因此利用标定板被投影模组投影后的投影图像对结构光系统进行标定，能够提高结构光系统标定精度。并且，本专利技术实施例中标定结构光系统是基于标定板图像和投影图像，标定过程中没有引入相机标定误差，可以确保结构光系统标定的高精度。下面结合具体实例详细介绍本专利技术实施例中如何进行结构光系统标定。首先，实施时先获得标定板图像和标定板被投影模组投影后的投影图像。标定板图像和投影图像由相机拍摄，在实施例中，相机可以拍摄多组标定板图像和投影图像，后续利用多组标定板图像和投影图像标定结构光系统，可以进一步提高标定精度。例如，可以将标定板置于相机及投影模组视域内，相机首先拍摄标定板图像，然后利用投影模组将投影图案投影至标定板上，再利用相机拍摄在标定板上投影形成的投影图像，变换标定板与相机的相对位置，利用相机拍摄多组标定板图像和投影图像，拍摄图像数量越多，标定精度越高，实施例中以拍摄15-20组为宜，这样既可以提高标定精度也不会增加太多计算量。需要说明的是，在后面的具体实施例中，采用了张正友平面标定法实现结构光系统标定，此种情况下需要相机拍摄至少3组标定板图像和投影图像，而本领域技术人员容易理解，在选用其它的具体标定方法时也可以拍摄更少的标定板图像和投影图像，同样可以实现结构光系统标定。标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结构光系统标定方法，其特征在于，包括：获得标定板图像和标定板被投影模组投影后的投影图像，其中投影模组的投影图案基于二值几何空间编码图案形成；利用标定板图像和投影图像对包括相机和投影模组的结构光系统进行标定。

【技术特征摘要】
1.一种结构光系统标定方法，其特征在于，包括：获得标定板图像和标定板被投影模组投影后的投影图像，其中投影模组的投影图案基于二值几何空间编码图案形成；利用标定板图像和投影图像对包括相机和投影模组的结构光系统进行标定。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二值几何空间编码图案是利用伪随机阵列将多种码字图形嵌入特征图形而生成，码字图形为黑白二值几何图形，特征图形为栅格，背景色为黑色；所述投影图案是将二值几何空间编码图案中白色置为透光，黑色置为不透光而形成。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述栅格由垂直相交直线形成。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用标定板图像和投影图像对包括相机和投影模组的结构光系统进行标定，包括：提取投影图像在相机图像上的坐标，结合投影图像在投影模组图像上的坐标，建立相机图像坐标与投影模组图像坐标之间的对应关系；利用所述对应关系和标定板图像对所述结构光系统进行标定。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述提取投影图像在相机图像上的坐标，结合投影图像在投影模组图像上的坐标，建立相机图像坐标与投影模组图像坐标之间的对应关系，包括：将投影图像转化为灰度图像，利用滤波器对灰度图像进行平滑处理；从平滑处理后的灰度图像提取特征点，获得特征点的拓扑结构；根据特征点的拓扑结构提取栅格内的码字图形；对提取的码字图形进行识别，确定特征点的码字；根据已识别的特征点的码字信息与投影特征点的码字信息，确定相机图像坐标与投影模组图像坐标之间的对应关系。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对提取的码字图形进行识别，确定特征点的码字，包括按如下方式利用卷积神经网络对提取的码字图形进行识别：识别前先将多幅含单一码字图形的投影图案分别投射至标定板用于采集训练样本，通过调节高斯噪声、执行仿射变换及施行高斯滤波扩大样本数量，利用样本训练识别网络，利用已训练的网络对提取的码字图形进行识别。7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，利用所述对应关系和标定板图像对所述结构光系统进行标定，包括：利用所述对应关系将标定板在相机图像上的坐标转换至投影模组图像上；利用张正友平面标定法对结构光系统进行标定。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，利用所述对应关系将标定板在相机图像上的坐标转换至投影模组图像上，包括：利用所述对应关系计算相机图像与投影模组图像之间的单应性矩阵；利用所述单应性矩阵将标定板在相机图像上的特征点坐标转换至投影模组图像上；利用张正友平面标定法对结构光系统进行标定，包括：以标定板上的特征点为数据源，结合张正友平面标定法对结构光系统进行标定。9.如权利要求1至8任一项所述的方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐苏明，宋展，刘晶，曾海，宋丽芳，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44