[发明专利]一种基于正弦光栅的结构光测量系统标定方法

说明书

技术领域

一种基于正弦光栅的结构光测量系统的标定方法，属于计算机测量技术领域。 

背景技术

结构光视觉测量是一种新的物体三维表面形状的测量方法，以非接触、方便快速、较高的精度等特点，近年来在工业检测、虚拟现实、文物保护和医学工程等领域得到了广泛的应用。作为一种主动视觉测量方法，结构光视觉测量通过投影仪将事先设计好的模式(pattern)投射到被测物体表面，来增加视觉匹配特征信息，从而解决立体视觉对应点匹配难题，继而通过三角测量实现物体表面深度信息的获取。 

结构光系统标定是影响系统测量精度的重要因素，它主要包括摄像机和投影仪的内外参数的标定，以及摄像机和投影仪坐标系之间变换矩阵的确定。 

对于传统的系统标定方法，大多都是从图像起始处开始相位展开，然而图像边缘往往质量较低，噪声点较多，将这样的区域作为相位展开的起始处，会过早的引入误差，造成相位展开的失败；在相位的展开过程中，传统的系统标定方法都是使用行列逐点取包裹，这种的方法的最大缺点就是：在相位展开路径中，前一点的错误会一直延续的以后的各点，造成“拉线”现象。 

发明内容

本发明的目的是公开一种基于正弦光栅的结构光测量系统标定方法，首先在标定板平面上投射一副圆形亮区域，并对该区域进行二值化，该区域一般位于整幅图像的中心位置，这个区域的图像质量往往比较高，并以其中心作为相位展开的起始点；再相比传统的相位展开方法，使用一种具有抗噪功能的展开方法，即先标出相位主值图像中的正负极点，然后根据极点位置设置分割线，继而使用洪水填充法对包裹相位进行相位展开。本发明的有益效果在于：能简便、有效地确定了相位展开起始点，且鲁棒性强，精度高。 

本发明的具体实施步骤是： 

1）制作编码光栅；传统的编码光栅只使用正弦光栅或格雷码光栅，在相位展开时，通常使用图像的起始位置作为相位展开的起始点，然而，在图像的起始位置处图像质量往往较低，增加了相位展开失败的风险。本文采用一副编码圆盘图像，来确定相位展开起始点，很好的解决了这一问题。 

2）搭建结构光测量系统，使用摄像机捕获标定板图像； 

本文所使用的结构光测量系统主要包括：一台摄像机、一台投影仪、一台计算机和一个标定板。投影仪将变形光栅投射到标定板上，摄像机将其采集后存至计算机中，计算机对其进行进行解码处理。 

3）使用投影仪依次将编码光栅图像投射到标定板上，并使用摄像机分别捕获保存； 

4）确定相位展开起始点；鉴于传统的方法不能很好的确定相位展开的起始点，本文通过对编码圆盘图像进行处理，得到其中心位置，并把其中心位置作为展开起始点。 

5）对编码光栅解码，得到包裹相位图像，并对包裹相位进行展开； 

设                                                  di=int[Δφ(i)2π](i=1,2,3,4)---(1)]]>

(1)式中，Δφ(i)为相邻像素点之间的包裹相位之差，int[]运算表示取距括号中数值最近的整数，规定int|±0.5|=0；则有