[发明专利]一种三维测量系统的标定方法及测量方法

说明书

本发明公开了一种三维测量系统的标定方法及测量方法，所述标定方法包括步骤：获取一组覆盖待重建空间的标准标定数据，其中，所述标准标定数据包括三维测量系统探测器采集到的结构光特征在图像平面的二维坐标和对应的三维空间坐标；根据所述标准标定数据建立结构光‑三维映射模型。本发明的标定方法可以减少摄像机和投影仪带来的非线性效应，直接建立点对点映射，直接建立二维图像坐标与三维空间坐标的映射模型，实现高精度、高鲁棒性的三维重建，与传统方法的全局标定相比，大大减小了摄像机和投影机镜头局部畸变噪声的影响。

技术领域

本发明涉及三维测量技术领域，更具体的是涉及一种三维测量系统的标定方法及测量方法。

背景技术

随着微光、机、电技术的飞速发展，高精度、高效率探测物体精细结构已成为全球科研领域里的一大研究热点，如何更精确地获取物体三维点云数据是三维测量领域的热点。三维测量系统在医学，工业等领域得到广泛的应用，影响其重建精度的关键因素是建立的物体特征在(一个或者多个相机或者投影机或者两者都有)二维坐标与物体的实际三维坐标映射的标定模型的精确性。建立精确的映射模型需要借助高精度的标定装置来获取一组非常精确的二维到三维的标准标定数据。标定模型是否能够准确地描述二维数据到三维数据的真实映射关系，关键在于三个因素：第一，标定装置上的靶面板的特征在探测器CCD平面的二维坐标提取的准确性；第二，标定装置上的靶面板的特征的空间三维坐标的准确性；第三，建立的数学标定模型是否能准确地描述和建立二维数据到三维数据的映射关系。

在三维测量系统中，被动式测量通常通过投影机发射结构光来调制空间中的三维信息。其中描述结构光-三维映射关系的数学模型是三维传感领域研究的热点问题，因为它直接影响三维重建精度。现有模型所需的校准方法都无法准确地描述摄像机和投影机复杂的基本模型，需要对投影机进行准确标定，特别是对投影机的镜头畸变的矫正步骤繁琐并且无法实现投影机亚像素级别的图像矫正，除此之外，由于标定是全局标定建模，若摄像机镜头或者投影机镜头出现局部畸变噪声会大大干扰标定的稳定性，不能满足日益增长的实际应用需求。

发明内容

本发明的目的是在于解决上述的技术问题。

针对上述技术问题,本发明提出了一种三维测量系统的标定方法，包括步骤：

获取一组覆盖待重建空间的标准标定数据，其中，所述标准标定数据包括三维测量系统探测器采集到的结构光特征在图像平面的二维坐标和对应的三维空间坐标；

根据所述标准标定数据建立结构光-三维映射模型。

优选的，根据所述标准标定数据建立结构光-三维映射模型过程包括：

在标准标定数据上直接建立二维-三维空间查找表。

优选的，根据所述标准标定数据建立结构光-三维映射模型过程还包括：

利用插值方法计算所述查找表的中间数据。

优选的，根据所述标准标定数据建立结构光-三维映射模型过程包括：

若所述结构光为正弦结构光条纹，对相机图像的每一像素对应的反向光线进行追踪查找出标准标定数据，对相机图像平面每个像素分别建立相位-三维映射模型。

优选的，根据所述标准标定数据建立结构光-三维映射模型过程包括：

若所述结构光为多线结构光条纹，对相机图像的每一行对每个光平面进行追踪查找出标准标定数据，对每一行中不同的光平面分别建立二维-三维映射模型。

本发明同时提供一种三维测量方法，包括步骤：

获取结构光打在物体表面的图像信息，其中，所述图像信息结构光的特征信息；

将所述特征信息输入到预设的结构光-三维映射模型中，获取所述物体表面的空间三维坐标；