一种3D结构光系统的标定方法技术方案

本发明专利技术提供了一种3D结构光系统的标定方法，属于计算机视觉技术领域。本发明专利技术提供了一种3D结构光系统的标定方法，该方法使用精度更高，标定流程更复杂的包括圆点图案的标定板，使用精度更高的多频相移码来寻找相机和投影传感器的对应关系，局部提升相位精度，能够更精确确定传感器之间位置关系，同时采用灵活的排序算法对圆心位置进行排序，标定板基本可以摆放为各种姿态，提取更多的标定数据。

【技术实现步骤摘要】
一种3D结构光系统的标定方法
本专利技术涉及计算机视觉
，尤其涉及一种3D结构光系统的标定方法。
技术介绍
目前，3D结构光成像技术在工业上主要应用在精密测量，缺陷检测等场景，涵盖包含表面组装技术、汽车、航空、半导体、医疗、制药、食品加工等生产制造领域。和二维检测相比，3D检测技术提供了多一维的高度信息，在实际测量过程中，不仅可以精确定位被测物，精确测量尺寸，颜色等二维信息，还能够获取物体表面轮廓信息，这样就能测量分析物体表面的平面度、坡度、弯曲度和瑕疵等复杂信息。3D结构光测量具有非接触、速度快、精度高、抗干扰能力强等一系列优点，是3D检测行业精密测量的一个非常重要的方向。3D结构光标定算法，决定了3D测量系统的检测精度，该算法主要是确立相机、结构光投影的内部参数以及他们构成系统的外部参数，正是通过确定这些系统模型参数才能恢复出被测物的3D深度信息。目前结构光3D系统标定原理都采用张正友标定法，但是在具体实施的时候，方法却不尽相同，当然，精度差异也非常大，提供精度较高的标定方法逐渐成为一个研究的领域。在中国专利申本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D结构光系统的标定方法，其特征在于，包括如下步骤：/n制作标定板步骤，制作系统标定板并烧录，所述标定板上的图案为多个圆形靶标，相邻的所述圆形靶标的圆心距一致，多个所述圆形靶标排列为行和列，所述圆形靶标的大小不同；/n标定板图像采集步骤：/n设定一个标定板姿态，分别在标定板上投影水平和竖直两个方向的多个频率的正弦光栅条纹图案，另外投影一张没有光栅条纹的光，并在每次投影的同时用相机采集该姿态下投影各种图案的标定板图像；/n调整标定板姿态，重复标定板图像采集步骤，直至标定板姿态数量达到预设的目标值，得到多个标定板图像；/n标定步骤，根据采集到的多个所述标定板图像，对结构光系统进行标定，具体...

【技术特征摘要】
1.一种3D结构光系统的标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
制作标定板步骤，制作系统标定板并烧录，所述标定板上的图案为多个圆形靶标，相邻的所述圆形靶标的圆心距一致，多个所述圆形靶标排列为行和列，所述圆形靶标的大小不同；
标定板图像采集步骤：
设定一个标定板姿态，分别在标定板上投影水平和竖直两个方向的多个频率的正弦光栅条纹图案，另外投影一张没有光栅条纹的光，并在每次投影的同时用相机采集该姿态下投影各种图案的标定板图像；
调整标定板姿态，重复标定板图像采集步骤，直至标定板姿态数量达到预设的目标值，得到多个标定板图像；
标定步骤，根据采集到的多个所述标定板图像，对结构光系统进行标定，具体包括如下步骤：
提取标定板图像中所有圆形靶标的圆心位置；
根据提取的所有圆形靶标的圆心位置对所有圆心进行排序；
采用双线性插值算法得到每个圆心坐标的绝对相位值；
利用得到的每个圆心坐标的绝对相位值，得到各圆心在相机图像中坐标对应的在投影仪图像中坐标；
根据得到的相机及投影仪图像中的圆心坐标，利用张正友标定方法得到相机及投影仪的内参、畸变系数和外参；
利用同一标定板姿态下的相机和投影仪的外参，计算每个标定板姿态下相机和投影仪坐标系之间的转换矩阵；
根据得到的每个标定板姿态下的转换矩阵，得到标定的相机和投影仪坐标系转换矩阵。


2.根据权利要求1所述的3D结构光系统的标定方法，其特征在于，还包括，在采用双线性插值算法得到每个圆心坐标的绝对相位值之前，利用多频多步相移算法，得到标定板平面相位场在水平和垂直方向的绝对相位值。


3.根据权利要求1所述的3D结构光系统的标定方法，其特征在于，所述提取标定板图像中所有圆形靶标的圆心位置具体包括以下步骤：
对相机采集到的没有打光栅条纹的标定板图像进行二值化；
对二值化后的标定板图像进行blob分析，得到标定板圆的质心位置，实现圆形靶标的粗定位；
通过Canny边缘提取，得到圆形靶标的像素边缘位置；
通过对圆形靶标的边缘像素点进行灰度插值，然后再进行参数拟合，得到圆的亚像素边缘轮廓；
对得到的各个圆的亚像素边缘轮廓点进行最小二乘椭圆拟合，得到各椭圆的中心位置，将各椭圆的中心位置作为各圆形靶标的圆心位置。


4.根据权利要求3所述的3D结构光系统的标定方法，其特征在于，对所有圆心进行排序具体包括以下步骤：
根据得到的标定板各椭圆的中心位置，确定采集的标定板图案中不规则四边形的四个顶点；
将四个顶点按顺序连线成四边形；
当所述四边形旋转角度不超过预设值时，确定各圆点的位置坐标，并根据各圆点的位置坐标顺序，确定各圆心的顺序；
当所述四边形旋转角度超过预设值时，按照如下方法进行排序：
确定所述四边形的每条边上得所有圆点，将两条相对的边上相对的两个圆点进行连线；
确定所有连线形成的各个四边形内部所有的圆点，并确定各圆点的顺序。


5.根据权利要求4所述的3D结构光系统的标定方法，其特征在于，当所述四边形旋转角度不超过预设值时，确定各圆心顺序具体包括以下步骤：
确定标定板图像中五大圆形靶标的位置坐标；
由这些已知阵列坐标的大圆点，根据摄影几何的直线投影不变性，对位于阵列其他位置的小圆点在图像上的坐标进行预估；
通过blob分析得到的各圆形靶标的坐标，计算各点到预估的所有点的距离，距离最小的点为对应的位置的点，根据坐标顺序进行排序。


6.根据权利要求5所述的3D结构光系统的标定方法，其特征在于，确定五大圆形靶标的位置坐标具体包括如下步骤：
选择五个半径相等的圆形靶标，所述五个半径相等的圆形靶标的半径大于标定板图案中其它圆形靶标的半径；
计算各点之间的距离，得到距离最大的两个圆点，分别为F1和F2，以及距离最小的两个圆点，分别为N1和N2，则剩下的一点确定为五大圆形靶标中第五大圆点C5；
分别计算F1、F2到N1、N2的距离之和；
距离和较小的点为五大圆形靶标中第一大圆点C1，所述第一大圆点位于图案水平中线与垂直中线左侧的垂直中线交叉点；
距离和较大的点为五大圆形靶标中第二大圆点C2，所述第二大圆点位于图案水平中线与垂直中线右侧的垂直中线交叉点；
计算N1、N2与C1的距离，距离较小的点为五大圆形靶标中第三大圆点C3，较大...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷习全，彭思龙，杜向丽，
申请(专利权)人：苏州中科全象智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32