[发明专利]一种结构光测量系统的设备标定方法

说明书

本发明公开了一种结构光测量系统的设备标定方法，涉及设备标定技术领域，包括：获取以多尺度随机二值图作为标定图案的标定板；获取标定板与相机镜头在不同相对角度下的第一标定板图像，利用所述第一标定板图像对相机进行标定；获取不同结构光模式下的第二标定板图像，利用所述第二标定板图像对投影仪进行标定。本发明能够解决现有结构光测量系统的标定方法不适用于高放大倍数镜头，标定误差大的问题。能够实现在不同的放大倍率下，无需指定特征点个数，均能获取稳定的特征点，且标定过程无需拍摄标定板全貌，只需拍摄标定板的部分区域即可完成标定；标定板采用随机二值化图，更有利于特征点检测算法识别，因此适用于高放大倍率镜头的标定。

技术领域

本发明涉及设备标定技术领域，具体涉及一种结构光测量系统的设备标定方法。

背景技术

结构光测量系统是一种非接触三维测量装置其一般采用结构光投射装置和相机构成，结构光投射装置通常使用投影仪，利用投影仪向场景中投射结构光，利用相机采集被场景调制的结构光，通过计算所采集的结构光相位信息或形变信息获得场景中的三维信息。相机与投影仪的标定通常是结构光测量系统的首要步骤，其目的旨在获得相机及结构光投射装置的内外参数以及二者相对的空间位置关系，因此标定参数的准确度直接影响整个测量系统的精度。

传统的结构光标定装置的标定方法，通常是首先使用张正友标定法获得相机的内外参数。其次将相机几何模型应用于投影仪，通过投影仪投射棋盘格或其他易识别图形，借助相机识别图形中关键角点坐标，并将角点坐标换算至世界坐标系。再次利用张正友等标定方法完成对投影仪的标定。此方法存在较多的缺点，首先，高精度结构光测量多采用高放大倍数镜头，对标定板要求精度高，低精度的标定板容易使角点检测失真，从而导致标定结果不准确。其次，测量场景较小，标定板的可变角度较小，求解方程存在较强的奇异性，求取结果不稳定，致使投影仪标定结果恶化。最后，相机与投影仪之间的坐标关系是利用棋盘格数据反推，涉及较多的中间计算过程，每个计算环节的误差会最终传导并累积至最终的投影仪标定过程，致使投影仪标定误差很大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构光测量系统的设备标定方法，用以解决现有结构光测量系统的标定方法不适用于高放大倍数镜头，标定误差大的问题。

为实现上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

提供一种结构光测量系统的设备标定方法，包括：获取以多尺度随机二值图作为标定图案的标定板；获取标定板与相机镜头在不同相对角度下的第一标定板图像，利用所述第一标定板图像对相机进行标定；获取不同结构光模式下的第二标定板图像，利用所述第二标定板图像对投影仪进行标定。

进一步地，所述多尺度随机二值图的生成方法，具体包括：根据相机分辨率设置图像宽度和高度；根据图像高度获得图像的尺度；根据图像尺度设置特定规格的灰度图像；根据0～1分布的随机数确定图像的每个像素的灰度值，并生成多幅二值随机图像；将图像插值放大后再相加得到多尺度随机二值图。

进一步地，利用所述第一标定板图像对相机进行标定，具体包括：对每一幅标定板图像进行特征点识别，获得特征点集坐标；将所述特征点集坐标与原始标定板进行特征点匹配，形成特征点对；针对特征点对进行进一步筛选，去除误匹配点；计算相机外参，将成功匹配的标定板图像特征点作为张正友标定法输入，完成相机标定。

进一步地，所述针对特征点对进行进一步筛选，去除误匹配点，具体包括：采用对极几何约束对特征点对进行进一步筛选，采用随机抽样一致性的鲁棒估计算法，对特征点对进行重复多次随机抽样，去除误匹配点。

进一步地，所述结构光包括沿水平方向上相位变化的正弦结构光以及沿垂直方向上相位变化的正弦结构光和全白光，所述第二标定板图像包括结构光图像和全白图像。