[发明专利]一种多目结构光系统高精度标定方法

说明书

本发明公开了一种多目结构光系统高精度标定方法，本发明利用平面标定物中的控制点构建基于平面距离约束的光束法平差模型，利用控制点间准确的距离信息来约束观测值修正过程，提高了参数修正精度；同时将投影点作为标定点，利用投影点像点坐标无误差的特点，将其作为基于平面距离约束平差模型的真值，为观测值的修正提供了基准；平差过程中对投影点的空间坐标进行修正，降低了投影点空间位置误差对标定精度的影响，提高了多目结构光系统的标定精度，同时，该方法仅需平面标定物中控制点具有较高的相对位置精度，对平面标定板整体无高精度要求，降低了对标定物精度的依赖。

技术领域

本发明属于结构光三维测量领域，具体涉及一种多目结构光系统高精度标定方法。

背景技术

结构光三维测量由于具有非接触，测量速度快，测量范围大，便于集成等优点，在工业检测、逆向工程、文物保护等领域得到了广泛的应用。

利用结构光系统对物体进行三维测量前，首先需要对系统参数进行标定，标定参数反映了系统中测量器件的物理特征与相对位置关系。目前，常用的标定方法可以分为传统标定方法和自标定方法两类：传统标定方法利用一块参数精确已知的规则标准物作为空间参照物，将参照物上的已知点坐标与该点像点坐标建立对应关系即为成像模型，进而求解成像模型参数，然而该方法的标定精度较为依赖参照物的精度，造成在无法获得高精度标定物，如大视场标定场合，该方法无法适用；自标定方法无需标定物，仅利用图像与图像点间的对应关系即可实现系统参数的标定，但是该方法求解精度及鲁棒性均较差，仅适用于汽车导航、场景认知等精度要求不高的场合。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种多目结构光系统高精度标定方法，能够提高系统标定精度及自适应性，降低了对标定物精度的依赖。

为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：

步骤一，根据测量需求调整投影和相机视场大小，并对多目结构光系统进行预标定，获取多目结构光系统标定参数初值；

步骤二，由投影仪生成特征图案并向平面标定物投影，同时相机同步拍摄投影图，获得投影点相机图像坐标；

步骤三，选取平面标定物上的部分标定点作为控制点构建距离方程，引入距离计算值修正量以获得误差方程，并与光束法平差模型相结合，为观测值误差修正提供基准，同时将投影点亦作为标定点，利用控制点间准确的距离信息以及标定点构建基于距离约束的含投影和成像集成平差模型；

步骤四，利用多目视觉标定参数初值求出投影点空间三维坐标，并将投影点空间三维坐标、相机成像点坐标及多目结构光系统预标定参数均作为基于距离约束的含投影和成像集成平差模型的加权观测值，其中投影点图像坐标视为真值，权重依据各观测值精度进行赋值；

步骤五，以修正量的平方和最小为目标函数，在平差过程中通过控制点提供基准和约束，并同步修正投影点的空间三维坐标，以实现高精度系统标定。

步骤一中，对多目结构光系统进行预标定时，先对相机进行标定，投影仪利用射影变换获得标定点的投影仪图像坐标后，再利用标定相机的方法标定投影仪。

步骤二中，将相机拍摄的投影图传入计算机中进行特征提取以获得投影点的相机图像坐标。

步骤三中，控制点的的相对位置精度高于其余标定点。

步骤三中，将误差方程线性化，作为平差模型中的约束以构建含平面距离约束的光束法平差模型，光束法平差模型利用控制点间准确的距离信息来约束观测值的修正过程，为观测值误差修正提供基准。

步骤四中，将投影点作为标定点，在平差过程中修正系统标定参数的同时修正投影点空间坐标。

步骤四中，权重赋值时，观测值精度越高，赋权重值越大，修正程度越小；自由参数或者精度较低的观测值赋小权重，修正程度越大。