基于全局最优偏振图像的相机-投影仪标定方法和系统技术方案

本公开涉及一种基于全局最优偏振图像的相机

【技术实现步骤摘要】
基于全局最优偏振图像的相机
‑
投影仪标定方法和系统


[0001]本公开涉及投影仪
‑
相机标定
，具体涉及一种基于全局最优偏振图像的相机
‑
投影仪标定方法和系统。

技术介绍

[0002]主动结构光测量方法作为一种重要的表面非接触三维形状测量技术，近年来发展迅速。采用主动结构光测量方法的结构光三维测量系统具有测量精度高，测量速度快的优点，在工业生产中具有广泛的应用。结构光三维测量系统主要由两个部分构成：用来捕获图像的相机和用来投影结构光的投影仪。三维重构的关键是构建相机捕获的像素点与世界坐标系的关系，从而得到物体深度信息。由于投影仪不能像摄像机一样直接捕捉图像，因此相较于相机标定而言，投影仪
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相机系统的标定更加复杂。
[0003]高精度标定对是高精度测量的前提和基础。为了提高投影仪
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相机系统的标定精度，有许多方法已经被提出，如利用液晶显示(LCD)屏幕提供高密度参考点来提高校准精度，为了减小由折射率和屏幕涂层厚度引起的相位误差，建立了LCD屏幕的折射模型。然而，这些研究都主要集中在提高特征点提取精度与算法精度或使用精度更高的标定靶标，没有关注投影的结构光的物理特性。在自然条件下，不同的材料具有不同的反射特性。标定靶标的材质会极大地影响相机捕捉到的图像质量。特别是对于一些金属标定板，相机会捕捉到一定的高光区域，这些高光区域可能导致信息丢失，使捕获的图像不准确，为了提高标定精度，光的偏振参数被引入到标定中，但是调整光的偏振角度带来的机械振动或调整角度不精确等也会引入新的扰动和误差。

技术实现思路

[0004]本公开提供一种基于全局最优偏振图像的相机
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投影仪标定方法和系统，能够通过重投影误差选取全局最优偏振图像，使相机
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投影仪标定过程中的标定图像质量得到提升，从而提高标定的精度。本公开提供以下技术方案来解决上述技术问题：作为本公开实施例的一个方面，提供一种基于全局最优偏振图像的相机
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投影仪标定方法，包括如下步骤：S10、获取n组标定图像，其中，每组标定图像均包括多个不同偏振度和波长的偏振图像，其中n为大于2的自然数；对结构光图像进行RGB三通道编码得到偏振标定图像，所述偏振标定图像包括n组相移条纹和对应的单色图像；将n组所述偏振标定图像依次输入到投影仪中，以获得n组标定图像；所述投影仪为LCD投影仪，其输出的偏振状态可表示为，其中E
p
为投影仪的输出偏振状态矩阵，V
G
、V
R
、V
B
分别为G、R、B通道的输出；通过对RGB三通道进行赋值改变偏振图像的偏振度和波长，进而获得n组具有不同偏振度和波长的偏振图像；S20、将n组标定图像依次分组计算重投影误差，将重投影误差最高的一组标定图像替换为重投影误差最低的一组标定图像；
S30、循环进行步骤S20，直至重投影误差的变化小于设定的阈值，将其中重投影误差最低的一组标定图像作为全局最优偏振图像进行相机和投影仪的标定。
[0005]可选地，步骤S20中的重投影误差为投影位置的欧氏距离的平方根，采用如下公式计算：，其中，对于每个三维点，在标定图像上的投影位置为，对应的实际观测到的二维点为。
[0006]可选地，所述结构光图像通过以下方式获得：将偏振片置于相机前，所述相机获取被测物体以及投影到物体表面的结构光图像。
[0007]作为本公开实施例的另一方面，提供一种基于全局最优偏振图像的相机
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投影仪标定系统，包括：标定图像获取单元，获取n组标定图像，其中，每组标定图像均包括多个不同偏振度和波长的偏振图像，其中n为大于2的自然数；对结构光图像进行RGB三通道编码得到偏振标定图像，所述偏振标定图像包括n组相移条纹和对应的单色图像；将n组所述偏振标定图像依次输入到投影仪中，以获得n组标定图像；所述投影仪为LCD投影仪，其输出的偏振状态可表示为，其中E
p
为投影仪的输出偏振状态矩阵，V
G
、V
R
、V
B
分别为G、R、B通道的输出；通过对RGB三通道进行赋值改变偏振图像的偏振度和波长，进而获得n组具有不同偏振度和波长的偏振图像；重投影误差计算单元，将n组标定图像依次分组计算重投影误差，将重投影误差最高的一组标定图像替换为重投影误差最低的一组标定图像；全局最优偏振图像求解单元，循环进行重投影误差计算，直至重投影误差的变化小于设定的阈值，将其中重投影误差最低的一组标定图像作为全局最优偏振图像进行相机和投影仪的标定。
[0008]可选地，所述系统还包括相机和线偏振片，所述相机将偏振片置于相机前，所述相机获取被测物体以及投影到物体表面的结构光图像。
[0009]可选地，重投影误差计算单元中，重投影误差为投影位置的欧氏距离的平方根，采用如下公式计算：，其中，对于每个三维点，在标定图像上的投影位置为，对应的实际观测到的二维点为。
[0010]相对于现有技术，本公开的有益效果是：1）对投影的标定图像的偏振度进行编码，通过重投影误差对捕获的偏振图像进行评估，从而实现全局最优偏振度全局最优偏振图像标定，提高了标定精度；2）采用n组(例如6组)具有不同偏振度的标定图像进行投影，利用重投影误差对图像质量进行评估，从中选择最优投影模式，因此，在测量的过程中不需要额外的机械运动，例如转动偏振片、移动待测物体或移动投影装置，这避免了由于机械运动引起的扰动和误
差。
附图说明
[0011]图1为基于全局最优偏振图像的相机
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投影仪标定方法的流程图；图2为获取n组标定图像的流程图；图3为基于全局最优偏振图像的相机
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投影仪标定系统框图；图4为基于全局最优偏振图像的相机
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投影仪标定系统示意框图。
具体实施方式
[0012]下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
[0013]实施例1
[0014]基于本公开
技术介绍
中记载的技术问题，也即“对于一些金属标定板，相机会捕捉到一定的高光区域，这些高光区域可能导致信息丢失，使捕获的图像不准确，为了提高标定精度，光的偏振参数被引入到标定中，但是调整光的偏振角度带来的机械振动或调整角度不精确等也会引入新的扰动和误差”，专利技术人发现，在使用标定系统进行图像标定时，对于任意位置和姿态的标定板而言，一定会存在一个最优偏振度使得反射光的镜面反射部分能够最大限度被放置在相机前的偏振片过滤，使镜面反射分量对标定的影响最低；然而对于一个形状和材质不确定的物体而言，其反射光的偏振特性是难以计算的；因此，本实施例提出利用投影本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于全局最优偏振图像的相机
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投影仪标定方法，其特征在于，包括如下步骤：S10、获取n组标定图像，其中，每组标定图像均包括多个不同偏振度和波长的偏振图像，其中n为大于2的自然数；对结构光图像进行RGB三通道编码得到偏振标定图像，所述偏振标定图像包括n组相移条纹和对应的单色图像；将n组所述偏振标定图像依次输入到投影仪中，以获得n组标定图像；所述投影仪为LCD投影仪，其输出的偏振状态可表示为，其中E
p
为投影仪的输出偏振状态矩阵，V
G
、V
R
、V
B
分别为G、R、B通道的输出；通过对RGB三通道进行赋值改变偏振图像的偏振度和波长，进而获得n组具有不同偏振度和波长的偏振图像；S20、将n组标定图像依次分组计算重投影误差，将重投影误差最高的一组标定图像替换为重投影误差最低的一组标定图像；S30、循环进行步骤S20，直至重投影误差的变化小于设定的阈值，将其中重投影误差最低的一组标定图像作为全局最优偏振图像进行相机和投影仪的标定。2.如权利要求1所述的基于全局最优偏振图像的相机
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投影仪标定方法，其特征在于，步骤S20中的重投影误差为投影位置的欧氏距离的平方根，采用如下公式计算：，其中，对于每个三维点，在标定图像上的投影位置为，对应的实际观测到的二维点为。3.如权利要求1所述的基于全局最优偏振图像的相机
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投影仪标定方法，其特征在于，所述结构光图像通过以下方式获得：将偏振片置于相机前，所述相机获取被测物体以及投影到物体表面的结构光图像。4.一种基于全局最优偏振图像的相机

【专利技术属性】
技术研发人员：祝振敏，曾兴宁，卢文全，董雅雯，詹焱亮，乔硕，周利升，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：