[发明专利]一种基于沙姆定律的投影仪标定方法

说明书

本发明提供了一种基于沙姆定律的投影仪标定方法，属于3D结构光测量技术领域。本发明是针对沙姆投影仪，使用精度更高的双向多频多步相移法，提升相位的计算精度，构建沙姆投影仪成像模型结合现有的张氏解析算法进行内外参初值的计算，利用LM算法对投影仪内参、外参、畸变系数进行优化，并进一步继续利用LM算法对沙姆角进行优化，提高投影仪的标定精度。

技术领域

本发明涉及计算机视觉技术领域，尤其涉及一种基于沙姆定律的投影仪标定方法。

背景技术

结构光测量技术是指通过投影仪向物体表面投射特制图案，相机拍摄经由物体表面调制的图案，经各种恢复算法，得到被测物体表面三维信息的一种测量技术。目前，投影仪在该技术领域有着重要的应用，其前提是能够对投影仪准确的内外参标定，而投影仪并不能像相机一样成像，这就是投影仪标定的难点所在，如何利用相机标定算法去标定投影仪仍是相关领域的研究重点。另外，为解决由于景深限制无法获取大范围目标清晰图像的问题，一种较为新颖的满足沙姆定律的相机得到了广泛推广和应用，对应相机的成像平面与透镜面倾斜，称为沙姆相机。此时，沙姆相机的成像模型不同于普通的小孔成像模型，难以直接使用现有成熟的相机标定方法，如附图1所示，为沙姆相机的标定模型。在投影仪的技术中，将满足沙姆定律的投影仪成为沙姆投影仪。

中国专利申请文献CN104732539A中公开了为一种投影仪标定方法，其投影仪标定主要是借助于结构光技术和相机，主要过程如下：通过投影仪投射结构光到棋盘格标定板上，然后相机捕捉棋盘格图像并进行解码，通过相位值建立投影仪图像坐标和标定板三维坐标的映射，即计算得到棋盘格角点的投影仪图像坐标，改变标定板位姿重复以上过程得到多组标定板角点的投影仪图像坐标，由于标定板上棋盘格角点三维世界坐标已知，最后利用张正友相机标定算法进行投影仪标定。该标定过程比较复杂，且通过相机进行标定必然造成成本增加、由于坐标传递容易引起精度损失。

现有技术至少存在以下不足：

1.使用普通结构的投影仪，存在景深浅，视野两端离焦，成像模糊的问题。

2.沙姆投影仪成像模型，现有技术中的投影仪标定方法不再适用。

发明内容

为解决现有技术中的投影仪标定方法不适用于沙姆投影仪的标定问题，本发明提供了一种基于沙姆定律的投影仪标定方法，该方法使用精度更高的双向多步多频相移码来寻找相机和投影仪的对应关系，提升了解相精度，同时构建了沙姆投影仪逆向的成像模型，结合现有的张氏解析算法计算相机内外参初值，并利用LM算法对投影仪标定参数进行非线性迭代优化，进一步提高标定精度。

本发明提供了一种基于沙姆定律的投影仪标定方法，包括如下步骤：

投影仪标定图片的采集步骤：

采用棋盘格标定板，在相机的景深范围内，以任一位姿将标定板摆放在投影区域内，由投影仪分别向标定板投射M种不同频率的横向和纵向的正弦条纹图，每种频率对应横向和竖向条纹各N张条纹图；

不移动标定板，再投射一张没有条纹的光，获取一个位置的一组投影仪标定图片；

每次投影的同时用相机采集投影图案的标定板图像；

按照上述步骤，调整标定板位姿，使标定板尽量覆盖整个投影区域，得到多个不同位姿的标定板图像；

投影仪像素坐标的获取步骤：

对不包含条纹图像的标定板图像，采用Harris特征提取算法提取棋盘格角点的亚像素坐标，将所述棋盘格角点作为标定板图像的特征点；

采用N步相移算法计算相位主值；

采用M频外差法计算绝对相位值；

采用双线性插值算法计算每个特征点图像的相机像素坐标的绝对相位值；