本发明专利技术公开了一种基于三目系统下的倾斜条纹编码三维测量方法。首先基于线性成像模型计算相位面到光轴坐标的距离，通过矢量叠加原理得到相位面内过光心的矢量表达式；将其与相位线矢量叉乘得到相位面法向量；进而基于相位值确立相位面的平面方程；然后根据三维坐标点位于相位面的关系确立新的约束方程；最后结合针孔相机成像模型的两个约束方程计算得到物体的三维坐标。本发明专利技术首先基于线性抽象模型推导三维坐标与相位面的约束方程，再通过针孔相机成像模型的约束条件求解三维坐标。对于三目系统中相机视角与中心投影光路和基线方向不相同的情况下使系统测量的精度大幅提升。相同的情况下使系统测量的精度大幅提升。相同的情况下使系统测量的精度大幅提升。
【技术实现步骤摘要】
一种基于三目系统下的倾斜条纹编码三维测量方法
[0001]本专利技术属于结构光三维测量领域，具体为一种基于三目系统下的倾斜条纹编码三维测量方法。
技术介绍
[0002]在结构光三维测量领域，测量样品的完整程度是一个较为重要的指标。为了提升测量的完整程度。传统方法一般采用转台或机械臂围绕样品进行全方位的扫描。但使用这些方法无一避免需要对计算所得的三维点云数据进行拼接，耗时较久。且还需要提供复杂的机械结构对转台或者测量装置进行移动扫描，需要较高的专业操作水平。因此寻找一种结构简单、快速、极大提升测量样品完整度的结构光三维测量技术尤为关键。
技术实现思路
[0003]为了在最大限度提升样品测量完整度的情况下提升样品的测量精度，减少了计算的复杂度，本专利技术提供了一种基于三目系统下的倾斜条纹编码三维测量方法。
[0004]本专利技术采用的技术方案如下：一种基于三目系统下的倾斜条纹编码三维测量方法，步骤如下：
[0005]步骤一，将三个相机均匀围绕投影仪排列并投影倾斜编码的结构光图案；
[0006]步骤二，计算投影仪靶面主点至等相位线的距离矢量，根据投影图案的倾斜角度计算投影仪靶面主点至等相位线的距离矢量；
[0007]步骤三，将光心指向投影仪靶面与光轴相交位置的矢量与投影仪靶面与光轴相交位置指向等相位面的矢量相加，得到相位面过光心指向投影仪靶面的矢量表达式；
[0008]步骤四，将相位面过光心的矢量表达式与投影仪靶面上的等相位线叉乘，得到等相位面的法向量以及等相位面的平面方程；
[0009]步骤五，联合针孔模型下的两个成像方程与等相位面的平面方程组合成三个方程求解三维坐标。
[0010]优选的，步骤二中投影仪靶面主点至等相位线的距离矢量的计算具体为：
[0011]距离矢量表示为：
[0012][0013]其中，α为投影图案条纹倾斜角度。分别为等相位面与主点位置的相位；
[0014]为单位相位所占的空间距离，用下式计算得到：
[0015][0016]L为垂直条纹方向整个靶面所占的总长度，N为投影图案条纹周期数。
[0017]优选的，步骤三中等相位中过光心且垂直指向于DMD靶面的矢量求解具体为：
[0018]将过光心指向DMD靶面主点位置的矢量与步骤一中求解得到的距离矢量相加得到
等相位中过光心且垂直指向于DMD靶面的矢量：
[0019][0020][0021]其中，f
p
为投影仪镜头的真实焦距。
[0022]优选的，步骤四中等相位面的平面方程的求解具体为：
[0023]通过将等相位面内两个相互垂直的两个向量叉乘得到等相位平面的法向量：
[0024][0025]其中，l
p
为投影仪靶面上的等相位线所在的矢量，可以表示为：
[0026]l
p
＝(sinα,cosα,0)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0027]由此得到等相位面的平面方程：
[0028]k
a
x+k
b
y+k
c
z＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)。
[0029]优选的，步骤五中三维坐标的求解具体为：
[0030]将在等相位面上的物体三维坐标带入等相位面方程可以得到一个约束条件：
[0031]k
a
X
P
+k
b
Y
P
+k
c
Z
P
＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0032]由针孔相机成像模型出发可以获取求解三维坐标的两个约束条件：
[0033][0034]其中，(X
c
,Y
c
,Z
c
)为相机坐标系下的物体三维坐标，f
x_c
与f
y_c
为相机镜头的焦距，u
c
与v
c
分别为相机的像素坐标，u
0_c
与v
0_c
分别为相机靶面的主点位置；
[0035]根据相机标定的结果将投影仪坐标系下的物体坐标转换为相机坐标系下的物体坐标：
[0036][0037]其中，T
c
与分别为相机与投影仪的外参数矩阵，表示矩阵的伪逆；
[0038]结合针孔相机成像模型中的两个约束条件就可以得到物体的三维坐标。
[0039]本专利技术具有如下有益效果：本专利技术采用三个相机围绕投影仪的相机排布方式，极大程度的提高了系统的测量完整度；采用了倾斜条纹编码对样品进行调制，提升了系统的测量精度。
附图说明
[0040]图1是本专利技术实施例的系统框图。
[0041]图2是本专利技术实施例的模型示意图。
[0042]图3是本专利技术实施例中三个相机结构光投影方向图。
[0043]图4是本专利技术实施例中倾斜编码成像模型图。
具体实施方式
[0044]下面结合实施例与附图，对本专利技术作进一步说明。
[0045]本实施例的流程步骤如图1所示，首先将三个相机均匀围绕投影仪排列并投影倾斜编码的结构光图案。并计算投影仪靶面主点至等相位线的距离矢量并根据投影图案的倾斜角度计算投影仪靶面主点至等相位线的距离矢量将光心指向投影仪靶面与光轴相交位置的矢量与投影仪靶面与光轴相交位置指向等相位面的矢量相加，得到相位面过光心指向投影仪靶面的矢量表达式将相位面过光心的矢量表达式与投影仪靶面上的等相位线叉乘，得到等相位面的法向量以及等相位面的平面方程k
a
x+k
b
y+k
c
z＝0。联合针孔模型下的两个成像方程与等相位面的平面方程组合成三个方程求解三维坐标(X
c
,Y
c
,Z
c
)。
[0046]实施例的具体步骤如下：
[0047]步骤一，按照如图2所示的相机排列方式排列相机以及投影仪。三个相机分别采用图3所示的影倾斜编码的结构光图案。
[0048]步骤二，投影仪靶面主点至等相位线的距离矢量的计算，距离矢量可以表示为：
[0049][0050]其中α为投影图案条纹倾斜角度。分别为等相位面与主点位置的相位。
[0051]为单位相位所占的空间距离，可以用下式计算得到：
[0052][0053]L为垂直条纹方向整个靶面所占的总长度，N为投影图案条纹周期数。
[0054]步骤三，等相位面中过光心且垂直指向于DMD靶面的矢量求解。
[0055]将过光心指向DMD靶面主点位置的矢量与步骤一中求解得到的距离矢量相加得到等相位中过光心且垂直指向于DMD靶面的矢量：
[0056][0057]其中：
[0058][0059]f<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于三目系统下的倾斜条纹编码三维测量方法，其特征在于步骤如下：步骤一，将三个相机均匀围绕投影仪排列并投影倾斜编码的结构光图案；步骤二，计算投影仪靶面主点至等相位线的距离矢量，根据投影图案的倾斜角度计算投影仪靶面主点至等相位线的距离矢量；步骤三，将光心指向投影仪靶面与光轴相交位置的矢量与投影仪靶面与光轴相交位置指向等相位面的矢量相加，得到相位面过光心指向投影仪靶面的矢量表达式；步骤四，将相位面过光心的矢量表达式与投影仪靶面上的等相位线叉乘，得到等相位面的法向量以及等相位面的平面方程；步骤五，联合针孔模型下的两个成像方程与等相位面的平面方程组合成三个方程求解三维坐标。2.根据权利要求1所述的基于三目系统下的倾斜条纹编码三维测量方法，其特征在于步骤二中投影仪靶面主点至等相位线的距离矢量的计算具体为：距离矢量表示为：其中，α为投影图案条纹倾斜角度。分别为等相位面与主点位置的相位；为单位相位所占的空间距离，用下式计算得到：L为垂直条纹方向整个靶面所占的总长度，N为投影图案条纹周期数。3.根据权利要求1所述的基于三目系统下的倾斜条纹编码三维测量方法，其特征在于步骤三中等相位中过光心且垂直指向于DMD靶面的矢量求解具体为：将过光心指向DMD靶面主点位置的矢量与步骤一中求解得到的距离矢量相加得到等相位中过光心且垂直指向于DMD靶面的矢量：DMD靶面的矢量：其中，f
p
为投影仪镜头的真实焦距。4.根据权利要求1所述的基于三目系统下的倾斜条纹编码三维测量方法，其特征在于步骤四中等相位面的平面方程的求解具体为：通过将等相位面内两个相互垂直的两个向量叉乘得到等相位平面的法向量：其中，l
p
为投影仪靶面上的等相位线所在的矢量，可以表示为：l
【专利技术属性】
技术研发人员：张晓磊，左超，胡岩，梁钟伟，牟双，聂万延，
申请(专利权)人：南京理工大学智能计算成像研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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