[发明专利]一种用于显微三维形貌测量系统的摄像机标定装置和方法

权利要求书

1.一种用于显微三维形貌测量系统的摄像机标定方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，用摄像机对主动标靶进行拍摄，对拍摄的图像进行相位解析，生成相位图；所述主动标靶上显示圆心特征点；

S2，在所述相位图上提取亚像素精度的圆心特征点的像素坐标；

S3，根据所述主动标靶圆心的世界坐标和所述亚像素精度的圆心特征点的像素坐标，采用远心相机标定算法，计算摄像机参数和重投影误差；

S4，根据所述摄像机参数和所述亚像素精度的圆心特征点的像素坐标，计算出圆心特征点矫正后的像素坐标；

S5，由所述主动标靶圆心的世界坐标和圆心特征点矫正后的像素坐标，根据远心相机标定算法计算新的摄像机参数和新的重投影误差；

S6，将所述重投影误差和所述新的重投影误差作差，当差值小于预设的阈值时，输出此时的摄像机参数并结束迭代，否则，则重复执行步骤S4～S6。

2.如权利要求1所述的一种用于显微三维形貌测量系统的摄像机标定方法，其特征在于，步骤S2具体包括如下步骤：

S21，用基于灰度的椭圆拟合法对相位图提取圆心特征点的像素坐标；

S22，在每个圆心特征点的像素坐标附近使用约束条件提取相位值最接近零的整像素圆心特征点的像素坐标；

S23，在以第i个整像素圆心特征点为中心的D×D像素大小的窗口内提取具有不同相位值的等相位线n条，分别对n条等相位线进行椭圆拟合，得到包含n个圆心坐标的集合S_i＝，其中p＝1，...，n，i的值不超过每张标定图片中圆心特征点的个数，D的取值为正整数且不超过相位图中两相邻圆心特征点之间的像素距离；舍去与均值误差大于阈值的元素，求得集合S_i中除了舍去元素以外剩余的圆心坐标的平均值，所述平均值即为每张标定图片中第i个亚像素精度的圆心特征点的像素坐标；所述标定图片为所述拍摄的图像；

S24，重复步骤S23，直到所述标定图片中所有亚像素精度的圆心特征点的像素坐标提取完成。

3.如权利要求1所述的一种用于显微三维形貌测量系统的摄像机标定方法，其特征在于，所述主动标靶在数字显示设备上显示；主动标靶采用1频3步圆形相移条纹图，所述圆形相移条纹图的分辨率与所述数字显示设备分辨率相同；所述1频3步圆形相移条纹图的公式如下：

其中，k的取值范围为1～3的整数，(x,y)代表所述数字显示设备的像素点的坐标，代表该像素点灰度值，I′(x,y)为所述圆形相移条纹图的平均灰度，I″(x，y)为灰度调制，T为沿半径方向的条纹周期， 为点(x,y)到最近的圆形相移条纹图圆心的欧氏距离。

4.如权利要求3所述的一种用于显微三维形貌测量系统的摄像机标定方法，其特征在于，步骤S1中，所述用摄像机对主动标靶进行拍摄是对主动标靶变换位姿进行拍摄，对主动标靶变换位姿进行拍摄的方法为，变换位姿的次数不小于3次，每个位姿下主动标靶上按时间顺序依次显示1频3步圆形相移条纹图，控制摄像机对主动标靶上依次显示的图像分别进行拍摄。

5.如权利要求4所述的一种用于显微三维形貌测量系统的摄像机标定方法，其特征在于，所述相位图由以下公式计算得出：

其中(u,v)代表拍摄的图像上各点的像素坐标，I(u,v)代表拍摄的图像灰度，k＝1，2，3。

6.如权利要求1所述的一种用于显微三维形貌测量系统的摄像机标定方法，其特征在于，步骤S4的具体步骤包括，

S41，执行正视投影；所述正视投影指的是，利用所述摄像机初始参数和双线性插值算法，将所述相位图转换为虚拟主动标靶，并通过双线性插值等相位线提取以及椭圆拟合计算虚拟主动标靶上圆心的世界坐标；

S42，执行重投影；所述重投影指的是，将虚拟主动标靶上圆心的世界坐标，转换为圆心特征点的像素坐标，即所述圆心特征点矫正后的像素坐标。

7.如权利要求6所述的一种用于显微三维形貌测量系统的摄像机标定方法，其特征在于，所述虚拟主动标靶与所述主动标靶的大小相同。