面结构光三维测量系统的标定方法技术方案

本申请公开了一种面结构光三维测量系统的标定方法，所述方法包括：使用覆盖全视场的玻璃棋盘格标定板标定摄像机内参和畸变；分别投射左右视场投影图像到一半白色一半棋盘格图图案的专用标定板白色区域，标定投影仪内参和畸变；垂直移动专用标定板，建立三维重建坐标系；根据三维重建坐标系标定摄像机外参和投影仪外参。本申请提供的标定方法设计了一种一半白色一半棋盘格的专用标定板，并配合垂直升降台构建三维重建坐标系来标定投影仪、摄像机和面结构光系统，整体标定方案将摄像机标定、投影仪标定和系统外参标定分离，且不依赖于结构光算法，避免了标定过程中各类误差耦合干扰，从而大大提高了标定精度。

Calibration method of three-dimensional measurement system of surface structured light

【技术实现步骤摘要】
面结构光三维测量系统的标定方法
本申请涉及机器视觉测量
，尤其涉及一种面结构光三维测量系统的标定方法。
技术介绍
面结构光三维测量系统在工业自动化中有重要作用，包括三维测量、定位、检测等方面。面结构光系统由投影仪和摄像机组成，投影仪投射编码结构光到被测物表面，摄像机采集调制图案，通过解码算法得到被测物表面几何信息，常用的编码结构光包括相移条纹、格雷码等。为了得到实际的三维信息，需要标定得到摄像机、投影仪参数，以及摄像机、投影仪相对三维重建坐标系的系统外参。面结构光系统中投影仪标定方法包括两种：一是投影相移条纹等结构光到标定板，通过相移等算法确定摄像机图像坐标对应的投影仪图像坐标，将摄像机靶标图重采样得到投影仪靶标图，再利用传统摄像机标定方法标定；另一种是投影特征点图案到标定板，利用标定板上实际特征点图像标定摄像机，利用投影特征点图像计算投影特征点空间坐标，得到投影仪图像特征点和对应空间坐标，再利用传统摄像机标定。系统外参标定的现有方法，一般以某一个标定板平面为基准建立三维重建坐标系，采用标定过程中该位置外参作为系统外参。但是，投影仪标定方法中的第一种方法依赖于结构光算法，受到算法精度影响，第二种方法若直接使用常规2D标定板，投影特征点图案与实际特征点图案互相重叠覆盖，影响特征点提取；系统外参标定的现有方法依赖于标定过程中外参解算精度，且对于标定板平面以外的位置精度较差。
技术实现思路
本申请提供了一种面结构光三维测量系统的标定方法，以解决目前面结构光系统标定方法精度较差的问题。为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：第一方面，本申请实施例公开了一种面结构光三维测量系统的标定方法，所述方法包括：使用覆盖全视场的玻璃棋盘格标定板标定摄像机内参和畸变；分别投射左右视场投影图像到一半白色一半投影图像的专用标定板白色区域，标定投影仪内参和畸变；垂直移动所述专用标定板，建立三维重建坐标系；根据所述三维重建坐标系标定摄像机外参和投影仪外参。可选的，使用覆盖全视场的玻璃棋盘格标定板标定摄像机内参和畸变，包括：在视场和景深范围内不同位置不同角度放置玻璃棋盘格标定板；采集多幅靶标图像；根据所述靶标图像计算得到摄像机内参矩阵和镜头畸变系数矩阵。可选的，分别投射左右视场投影图像到一半白色一半投影图像的专用标定板白色区域，标定投影仪内参和畸变，包括：分别采集所述左右视场投影图像对应的投影棋盘格图像与实际棋盘格图像；利用标定的摄像机内参、畸变和实际棋盘格图像坐标，解算所述专用标定板所在位置的外参；利用所述专用标定板上投影棋盘格角点的图像坐标，计算所述投影棋盘格角点的空间坐标；根据所述空间坐标及对应的所述左右视场投影图像中各角点图像坐标标定投影仪内参和镜头畸变参数。可选的，分别采集所述左右视场投影图像对应的投影棋盘格图像与实际棋盘格图像，包括：所述投影仪将左视场投影图像投影到所述专用标定板的白色区域；所述摄像机分别采集多组所述左视场投影图像对应的投影棋盘格图像和实际棋盘格图像；水平旋转所述专用标定板；所述投影仪将右视场投影图像投影到所述专用标定板的白色区域；所述摄像机分别采集多组所述右视场投影图像对应的投影棋盘格图像和实际棋盘格图像。可选的，利用标定的摄像机内参、畸变和所述实际棋盘格图像坐标，解算所述专用标定板所在位置的外参，包括：建立空间坐标系；根据实际棋盘格尺寸得到各角点空间坐标；从所述左右视场投影图像对应的实际棋盘格图像中分别提取实际棋盘格图像角点坐标；根据标定的摄像机内参、畸变计算得的各个位置空间坐标系到摄像机坐标系的旋转矩阵和平移矩阵。可选的，利用所述专用标定板上投影棋盘格角点的图像坐标，计算所述投影棋盘格角点的空间坐标，包括：分别对所述左右视场投影图像对应的投影棋盘格图像进行畸变校正；提取无畸变投影棋盘格图像的角点坐标；根据所述摄像机内参、畸变、各位置的旋转矩阵、平移矩阵及所述无畸变投影棋盘格图像的角点坐标，计算得到对应的投影棋盘格角点的空间坐标。可选的，垂直移动所述专用标定板，建立三维重建坐标系，包括：将所述专用标定板固定于垂直升降台上，建立三维重建坐标系；以固定间隔移动所述专用标定板；根据所述专用标定板上棋盘格尺寸与所述固定间隔得到实际棋盘格各个角点空间坐标。可选的，根据所述三维重建坐标系标定摄像机外参和投影仪外参，包括：分别采集间隔固定距离的多组左视场投影图像对应的投影棋盘格图像与实际棋盘格图像；根据所述实际棋盘格各角点空间坐标与实际棋盘格各角点的图像坐标标定摄像机外参；根据左视场投影图像中各角点的图像坐标与投影棋盘格角点的空间坐标标定投影仪外参。可选的，根据所述实际棋盘格各角点空间坐标与实际棋盘格各角点的图像坐标标定摄像机外参，包括：根据标定的摄像机内参、畸变对所述实际棋盘格图像进行畸变校正；提取无畸变实际棋盘格图像中各角点的图像坐标；根据所述无畸变实际棋盘格图像中各角点的图像坐标与实际棋盘格各个角点空间坐标计算得到三维重建坐标系到摄像机坐标系的旋转矩阵和平移矩阵。可选的，根据左视场投影图像中各角点的图像坐标与投影棋盘格角点的空间坐标标定投影仪外参，包括：根据标定的摄像机内参、畸变对所述投影棋盘格图像进行畸变校正；提取无畸变投影棋盘格图像中各角点的图像坐标；根据所述摄像机内参、畸变、旋转矩阵、平移矩阵与所述无畸变投影棋盘格图像中各角点的图像坐标，计算得到投影棋盘格角点的空间坐标；根据标定的投影仪内参、畸变计算无畸变左视场投影图像各角点坐标；根据所述无畸变左视场投影图像各角点坐标与投影棋盘格角点的空间坐标，计算得到三维重建坐标系到投影仪坐标系的旋转矩阵和平移矩阵。与现有技术相比，本申请的有益效果为：本申请实施例提供的面结构光三维测量系统的标定方法包括：使用覆盖全视场的玻璃棋盘格标定板标定摄像机内参和畸变；分别投射左右视场投影图像到一半白色一半棋盘格图图案的专用标定板白色区域，标定投影仪内参和畸变；垂直移动专用标定板，建立三维重建坐标系；根据三维重建坐标系标定摄像机外参和投影仪外参。本申请提供的标定方法设计了一种一半白色一半棋盘格的专用标定板，并配合垂直升降台构建三维重建坐标系来标定投影仪、摄像机和面结构光系统，整体标定方案将摄像机标定、投影仪标定和系统外参标定分离，且不依赖于结构光算法，能够避免标定过程中各类误差耦合干扰，从而能够大大提高标定精度。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。附图说明为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面结构光三维测量系统的标定方法，其特征在于，所述方法包括：/n使用覆盖全视场的玻璃棋盘格标定板标定摄像机内参和畸变；/n分别投射左右视场投影图像到一半白色一半投影图像的专用标定板白色区域，标定投影仪内参和畸变；/n垂直移动所述专用标定板，建立三维重建坐标系；/n根据所述三维重建坐标系标定摄像机外参和投影仪外参。/n

【技术特征摘要】
1.一种面结构光三维测量系统的标定方法，其特征在于，所述方法包括：
使用覆盖全视场的玻璃棋盘格标定板标定摄像机内参和畸变；
分别投射左右视场投影图像到一半白色一半投影图像的专用标定板白色区域，标定投影仪内参和畸变；
垂直移动所述专用标定板，建立三维重建坐标系；
根据所述三维重建坐标系标定摄像机外参和投影仪外参。


2.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，使用覆盖全视场的玻璃棋盘格标定板标定摄像机内参和畸变，包括：
在视场和景深范围内不同位置不同角度放置玻璃棋盘格标定板；
采集多幅靶标图像；
根据所述靶标图像计算得到摄像机内参矩阵和镜头畸变系数矩阵。


3.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，分别投射左右视场投影图像到一半白色一半投影图像的专用标定板白色区域，标定投影仪内参和畸变，包括：
分别采集所述左右视场投影图像对应的投影棋盘格图像与实际棋盘格图像；
利用标定的摄像机内参、畸变和实际棋盘格图像坐标，解算所述专用标定板所在位置的外参；
利用所述专用标定板上投影棋盘格角点的图像坐标，计算所述投影棋盘格角点的空间坐标；
根据所述空间坐标及对应的左右视场投影图像中各角点图像坐标标定投影仪内参和镜头畸变参数。


4.根据权利要求3所述的标定方法，其特征在于，分别采集所述左右视场投影图像对应的投影棋盘格图像与实际棋盘格图像，包括：
所述投影仪将左视场投影图像投影到所述专用标定板的白色区域；
所述摄像机分别采集多组所述左视场投影图像对应的投影棋盘格图像和实际棋盘格图像；
水平旋转所述专用标定板；
所述投影仪将右视场投影图像投影到所述专用标定板的白色区域；
所述摄像机分别采集多组所述右视场投影图像对应的投影棋盘格图像和实际棋盘格图像。


5.根据权利要求3所述的标定方法，其特征在于，利用标定的摄像机内参、畸变和所述实际棋盘格图像坐标，解算所述专用标定板所在位置的外参，包括：
建立空间坐标系；
根据实际棋盘格尺寸得到各角点空间坐标；
从所述左右视场投影图像对应的实际棋盘格图像中分别提取实际棋盘格图像角点坐标；
根据标定的摄像机内参、畸变计算得的各个位置空间坐标系到摄像机坐标系的旋转矩阵和平移矩阵。


6.根据权利要求5所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓元，杨艺，
申请(专利权)人：凌云光技术集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11