一种基于虚拟平面采样的三坐标相位映射表标定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于虚拟平面采样的三坐标相位映射表标定方法。该方法包括确定结构光系统的参数模型与畸变模型，并在结构光系统对应的坐标系中生成若干虚拟采样平面；获取相机的任一相机像素点，计算相机像素点到各虚拟采样平面上的反投影采样点的采样坐标；计算确定各反投影采样点到投影仪成像面上的投影像素点，并基于投影像素点计算得到反投影采样点对应的相位采样值；基于各相位采样值进行多项式拟合，得到对应所有相机像素点的三维多项式系数表。本发明专利技术实现了使用虚拟平面采样计算替代实际平板采样操作，简化了系统标定流程与操作，降低了硬件与时间成本，且通过虚拟平面采样得到的结果与实际平板采样的结果几乎相同。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟平面采样的三坐标相位映射表标定方法
本申请涉及面向条纹投影结构光轮廓
，具体而言，涉及一种基于虚拟平面采样的三坐标相位映射表标定方法。
技术介绍
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。要实现准确的三维重建，结构光系统必须要进行仔细的参数标定，例如相机与投影仪的内、外参数等。标定方法决定了标定结果的准确性与成本，是仪器生产的关键。目前，已公开了很多结构光轮廓仪测量系统的标定方法，这些方法大体可以分为三类：相位——三坐标(或高度)映射表标定、立体视觉标定，以及将前面两种方法相结合的杂异标定。相位映射表标定法需使用标准平板结合精密位移台进行多平面采样，操作复杂，对硬件要求高，所需成本也很高。立体视觉标定法一般仅需使用一个标准棋盘格或圆点阵列板即可，不依赖位移台，操作简单。但在三维重建时，一般针对每一个相机像素使用测量相位首先进行对应点搜索，然后将对应点对代入立体视觉模型进行三维重建。该方法重建公式复杂，尤其是在畸变处理时一般涉及复杂的非线性运算，重建效率较低。而杂异标定法将前面两种方法的优势相结合，代表结构光测量仪的发展方向。杂异标定法一般首先对结构光系统进行单目或多目立体视觉标定，得到组成单元的内、外参数与畸变模型后，再借助标准平板，如白板、原点阵列板或圆环阵列板等，在测量空间内进行多姿态采样，并对采样相位与对应坐标进行拟合，得到相位——坐标映射表。由于已经事先进行了立体视觉标定，因此在相位映射表标定中，可以不依赖精密位移台。整个方法降低了硬件成本，标定结果可用于高速三维重建。然而，杂异标定法一般需要两次标定操作，包括一次基于棋盘格的立体视觉标定，与一次基于标准平板采样的相位映射表标定，操作较为复杂不便，硬件与时间成本也较高。
技术实现思路
为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种基于虚拟平面采样的三坐标相位映射表标定方法。第一方面，本申请实施例提供了一种基于虚拟平面采样的三坐标相位映射表标定方法，所述方法包括：确定结构光系统的参数模型与畸变模型，并在所述结构光系统对应的坐标系中生成若干虚拟采样平面，所述结构光系统由相机与投影仪构成；获取所述相机的任一相机像素点，计算所述相机像素点到各所述虚拟采样平面上的反投影采样点的采样坐标；计算确定各所述反投影采样点到投影仪成像面上的投影像素点，并基于所述投影像素点计算得到所述反投影采样点对应的相位采样值；基于各所述相位采样值进行多项式拟合，得到对应所有所述相机像素点的三维多项式系数表，所述三维多项式系数表用以表征所述相机像素点的三维坐标与所述相位采样值的映射标定关系。优选的，所述参数模型包括相机成像模型和投影仪成像模型；所述确定结构光系统的参数模型与畸变模型，并在所述结构光系统对应的坐标系中生成若干虚拟采样平面，包括：确定结构光系统的相机成像模型、投影仪成像模型以及畸变模型；在所述结构光系统对应的坐标系中划分确定测量空间；在所述测量空间内随机生成若干虚拟采样平面，使各所述虚拟采样平面充满所述测量空间。优选的，所述计算确定各所述反投影采样点到投影仪成像面上的投影像素点，并基于所述投影像素点计算得到所述反投影采样点对应的相位采样值，包括：获取各所述反投影采样点到投影仪成像面上的投影像素点，确定所述投影像素点的投影像素坐标；基于所述投影像素坐标与投影条纹相位公式计算所述反投影采样点的相位采样值。优选的，所述基于各所述相位采样值进行多项式拟合，得到对应所有所述相机像素点的三维多项式系数表，包括：从三个坐标维度分别对所述相机像素点对应的各所述相位采样值进行多项式拟合，得到所述相机像素点的三维多项式系数组；重复所述获取所述相机的任一相机像素点，计算所述相机像素点到各所述虚拟采样平面上的反投影采样点的采样坐标的步骤，直至得到所有所述相机像素点的三维多项式系数组；整合各所述三维多项式系数组，得到对应所有所述相机像素点的三维多项式系数表。优选的，所述方法还包括：确定待测物体，对所述待测物体进行相移法投影测量，得到每个所述相机像素点对应的测量相位；将各所述测量相位导入所述三维多项式系数表，得到各所述测量相位对应的各三维重建坐标；基于各所述三维重建坐标对所述待测物体进行三维重建。第二方面，本申请实施例提供了一种基于虚拟平面采样的三坐标相位映射表标定装置，所述装置包括：确定模块，用以确定结构光系统的参数模型与畸变模型，并在所述结构光系统对应的坐标系中生成若干虚拟采样平面，所述结构光系统由相机与投影仪构成；获取模块，用以获取所述相机的任一相机像素点，计算所述相机像素点到各所述虚拟采样平面上的反投影采样点的采样坐标；计算模块，用以计算确定各所述反投影采样点到投影仪成像面上的投影像素点，并基于所述投影像素点计算得到所述反投影采样点对应的相位采样值；拟合模块，用以基于各所述相位采样值进行多项式拟合，得到对应所有所述相机像素点的三维多项式系数表，所述三维多项式系数表用以表征所述相机像素点的三维坐标与所述相位采样值的映射标定关系。第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面或第一方面的任意一种可能的实现方式提供的方法的步骤。第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面或第一方面的任意一种可能的实现方式提供的方法。本专利技术的有益效果为：1.使用虚拟平面采样计算替代实际平板采样操作，简化了系统标定流程与操作，降低了硬件与时间成本。2.由于计算过程的执行原理与实际采样一致，故通过虚拟平面采样得到的结果与实际平板采样的结果几乎相同。3.避免了实际采样中可能出现的平板振动、投影与成像噪声等问题，基于三维多项式系数表的标定结果精度更高，可用于基于多项式的高速三维重建计算。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需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申请的一些实施例，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。图1为本申请实施例提供的一种基于虚拟平面采样的三坐标相位映射表标定方法的流程示意图；图2为本申请实施例提供的一种基于虚拟平面采样的三坐标相位映射表标定方法的实际应用举例示意图；图3为本申请实施例提供的一种基于虚拟平面采样的三坐标相位映射表标定装置的结构示意图；图4为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在下述介绍中，术语“第一”、“第二”仅为用于描述的目的，而不能理解为指示或暗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于虚拟平面采样的三坐标相位映射表标定方法，其特征在于，所述方法包括：/n确定结构光系统的参数模型与畸变模型，并在所述结构光系统对应的坐标系中生成若干虚拟采样平面，所述结构光系统由相机与投影仪构成；/n获取所述相机的任一相机像素点，计算所述相机像素点到各所述虚拟采样平面上的反投影采样点的采样坐标；/n计算确定各所述反投影采样点到投影仪成像面上的投影像素点，并基于所述投影像素点计算得到所述反投影采样点对应的相位采样值；/n基于各所述相位采样值进行多项式拟合，得到对应所有所述相机像素点的三维多项式系数表，所述三维多项式系数表用以表征所述相机像素点的三维坐标与所述相位采样值的映射标定关系。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟平面采样的三坐标相位映射表标定方法，其特征在于，所述方法包括：
确定结构光系统的参数模型与畸变模型，并在所述结构光系统对应的坐标系中生成若干虚拟采样平面，所述结构光系统由相机与投影仪构成；
获取所述相机的任一相机像素点，计算所述相机像素点到各所述虚拟采样平面上的反投影采样点的采样坐标；
计算确定各所述反投影采样点到投影仪成像面上的投影像素点，并基于所述投影像素点计算得到所述反投影采样点对应的相位采样值；
基于各所述相位采样值进行多项式拟合，得到对应所有所述相机像素点的三维多项式系数表，所述三维多项式系数表用以表征所述相机像素点的三维坐标与所述相位采样值的映射标定关系。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参数模型包括相机成像模型和投影仪成像模型；
所述确定结构光系统的参数模型与畸变模型，并在所述结构光系统对应的坐标系中生成若干虚拟采样平面，包括：
确定结构光系统的相机成像模型、投影仪成像模型以及畸变模型；
在所述结构光系统对应的坐标系中划分确定测量空间；
在所述测量空间内随机生成若干虚拟采样平面，使各所述虚拟采样平面充满所述测量空间。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算确定各所述反投影采样点到投影仪成像面上的投影像素点，并基于所述投影像素点计算得到所述反投影采样点对应的相位采样值，包括：
获取各所述反投影采样点到投影仪成像面上的投影像素点，确定所述投影像素点的投影像素坐标；
基于所述投影像素坐标与投影条纹相位公式计算所述反投影采样点的相位采样值。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于各所述相位采样值进行多项式拟合，得到对应所有所述相机像素点的三维多项式系数表，包括：
从三个坐标维度分别对所述相机像素点对应的各所述相位采样值进行多项式拟合，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王健，徐龙，卢文龙，周莉萍，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42