一种网格结构光投射器标定方法技术

本发明专利技术涉及一种网格结构光投射器标定方法，包括步骤：1)构建网格结构光视觉测量系统；2)建立各个坐标系；3)获取步骤1中三个标定点A、P、B的像素坐标；4)求出三个标定点在辅助坐标系中的坐标并求出其位置向量长度；5)利用小孔成像原理求取三个标定点在摄像机坐标系下的坐标；6)重复以上步骤，获取多余两组标定点的摄像机坐标系下的坐标；7)利用最小二乘法对所有靶标坐标进行拟合得到结构光平面方程；8)重复以上步骤得到网格结构光投射器中所有光平面的标定。本发明专利技术的有益效果是：更好的将网格结构光视觉传感器获取的像点和三维看空间中物点之间的关系通过坐标系的建立展现出来。

A Calibration Method of Grid Structured Light Projector

【技术实现步骤摘要】
一种网格结构光投射器标定方法
本专利技术涉及结构光视觉测量系统标定
，尤其是一种网格结构光投射器标定方法。
技术介绍
结构光视觉测量技术，因为具有高精度、高测量速度等优点而被广泛用于三维重建、工业视觉检测、手机人脸识别、安全支付、增强现实、游戏场景等众多领域。在以上应用领域中，网格结构光传感器通常安装在手机上用于实现人脸识别解锁，或安装在工作台上用于检测产品质量。网格结构光投射器与摄像机一起组成网格结构光视觉测量系统，在使用该系统进行测量时，必须先确定网格结构光视觉测量系统中网格结构光投射器与摄像机之间的相对位置关系，这里主要是指确定网格结构光投射器中各个平面相对于摄像机的位置关系；通过实验和计算来确定这个关系的过程称为网格结构光投射器的标定。目前，吕明达等在GMAW熔池网格结构光三维视觉传感中建立了网格结构光模型，利用已知的网格结构光的出张角度和临束分离角求出各网格点坐标；然后利用激光器坐标系与世界坐标系之间的关系，将各点坐标转换到世界坐标系中。石光明等专利技术了一种二值网格模板的结构光动态场景深度获取方法，这里给出的是编码的结构光，没有进行系统的标定。孙佳睿对网格结构光和双本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种网格结构光投射器标定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：构建网格结构光视觉测量系统；将一个摄像机与一个网格结构光投射器以适当方式刚性连接到一起，打印距离已知的共线三点A、P和B组成的直线为靶标，线段AP和PB的长度分别为l1和l2；网格结构光投射器投射M个水平光平面和N个竖直光平面到三维空间内；设水平光平面在摄像机坐标系下方程为：

【技术特征摘要】
1.一种网格结构光投射器标定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：构建网格结构光视觉测量系统；将一个摄像机与一个网格结构光投射器以适当方式刚性连接到一起，打印距离已知的共线三点A、P和B组成的直线为靶标，线段AP和PB的长度分别为l1和l2；网格结构光投射器投射M个水平光平面和N个竖直光平面到三维空间内；设水平光平面在摄像机坐标系下方程为：式中，h表示水平光平面下标；ah，bh，ch，dh为水平光平面方程系数；m表示第m个水平光平面；M为水平光平面的总数；设竖直光平面在摄像机坐标系下方程为：式中，v表示竖直光平面下标；av，bv，cv，dv为竖直光平面方程系数；n表示第n个竖直光平面；N为竖直光平面的总数；根据实际系统的搭建可知，投射出来的结构光平面不会过摄像机坐标系的原点，即有式(1)、(2)中和的常数，这里设和步骤2：建立各个坐标系；建立图像像素坐标系Osuv：以图像平面左上角为原点Os，图像上边向右为u轴，表示像素所在列，图像左边向下为v轴，表示像素所在行；建立图像物理坐标系OiXiYi：以图像平面中心为原点Oi，Xi轴平行于u轴，Yi轴平行于v轴；建立摄像机坐标系OcXcYcZc：以摄像机光线位置为原点Oc，Xc轴和Yc轴分别平行于摄像机成像平面的u轴和v轴，Zc轴由右手定则确定；由于所用靶标上的三个标定点A、P和B共线，且三个点A、P和B与摄像机的光心Oc不共线，所以三角形OcAP和OcAB共面；建立辅助坐标系Ocxy：在平面OcABP上建立辅助坐标系Ocxy，其原点与摄像机坐标系原点Oc重合，x轴与OcP重合，方向指向空间靶标，y轴过Oc逆时针方向垂直x轴；步骤3：获取步骤1中三个标定点A、P、B的像素坐标；步骤4：求出三个标定点在辅助坐标系中的坐标并求出其位置向量长度；步骤5：利用小孔成像原理求取三个标定点在摄像机坐标系下的坐标；标定点像a、p和b在设摄像机坐标系中与坐标原点的距离分别记为和根据摄像机小孔成像模型原理，利用标定点像a、p和b在成像平面物理坐标和求出靶标在位置1处标定点A、P和B在摄像机坐标系下坐标为和分别如下：步骤6:重复以上步骤，获取多余两组标定点的摄像机坐标系下的坐标；变换靶标位置n-1次，每次使同一光平面经过该靶标，重复步骤3到步骤5的操作和计算，可以得到n组标定点A、P和B提供的共3n个标定点在摄像机坐标系下的坐标：步骤7：利用最小二乘法对所有靶标标定点坐标进行拟合得到结构光平面方程；根据步骤1中建立的结构光平面模型，设以其中一个竖直结构光平面i为例，将步骤6的3n个标定点带入平面方程，为：将其写成矩阵形式为：即式中，H是各标定点坐标组成的3n×3的矩阵；是光平面参数组成的列向量；利用最小二乘法求出光平面方程系数向量为：步骤8：重复以上步骤得到网格结构光投射器中所有光平面的标定；按照步骤3到步骤7操作获取所有光平面在摄像机坐标系下的方程即完成了整个网格结构光投射器中结构光平面的标定。2.根据权利要求1所述的一种网格结构光投射器标定方法，其特征在于，步骤3具体包括以下步骤：步骤3-1：摄像机采用小孔模型且其参数已知，即主点为(u0，v0)、焦距为f、像素长度为dx和dy；设标定点A、P和B在摄像机成像平面上的像分别为a、p和b，它们的像素坐标分别为(ua，va)、(ua，va)和(ub，vb)；它们的成像平面物理坐标分别为(Xia，Yia)、(Xip，Yip)和(Xib，Yib)；它们在摄像机坐标系下坐标为(XcA，YcA，ZcA)、(XcP，YcP，ZcP)和(XcB，YcB，ZcB)；标定点A、P和B在辅助坐标系Ocxy中的坐标分别为(xA，yA)、(xP，yP)和(xB，yB)；步骤3-2：通过已标定的摄像机获取位置1处的靶标图像，通过图像处理技术获取该图像中标定点像a、p和b的像素坐标和所述靶标为打印的距离已知的共线三点A、P和B组成的直线。3.根据权利要求1所述的一种网格结构光投射器标定方法，其特征在于，步骤4具体包括以下步骤：步骤4-1：标定点像a...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳，李艳君，陈琢，王雪洁，潘树文，
申请(专利权)人：浙江大学城市学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33