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结构光测量技术中的投影仪标定算法李中伟史玉升钟凯王从军引言光学报结构光测量技术具有非接触、精度高、速度快等优点,已在工业检测、机器视觉、娱乐、医学等领域得到大量运用癩。在现有的结构光测量系统中,由单相机一单投影仪组成的结构光三维测量系统,由于具有结构简单、点云重建效率高等优点而被广泛使用口4车牡ハ嗷峁构馊饬糠椒ú捎孟位测量轮廓术,测量过程中由投影装置把光栅图像投影到被测物体表面,同时使用相机拍摄下经被测物体表面调制而发生变形的光栅图像,然后通过对变形的光栅图像进行处理,计算出代表物体高度的相位信息,最后根据相位信息和已标定出的系统参数对被测物体表面进行三维点云重建。该方法存在约束过强、标定精度不高、可操作性差等问题,影响了该技术的实用化。为了解决上述问题,文献,提出了一种新的第卷第期年月文章编号:—V锌萍即笱Р牧铣尚斡肽>呒际豕抑氐闶笛槭遥蔽浜摘要详细介绍了投影机模型,并提出一种简单、高精度的投影仪参数标定算法,该算法将投影仪当作一个逆向的相机,使用一块带有圆形标志点的平面标定板对投影仪进行标定。标定过程中,使用两组不同方向的光栅图像建立投影仪图像和相机图像的对应关系,从而得到投影仪标定所需的图像数据,将投影仪标定转化为成熟的相机标定,然后使用相机标定算法对投影仪进行高精度标定。实验结果表明,所提议的投影仪标定算法操作过程简单,标定精度可达关键词结构光测量;投影仪标定;三维测量;相位移中图分类号文献标识码收稿日期:——;收到修改稿日期:——基金项目:年粤港关键领域重点突破项目资助课题。作者简介:李中伟,男,博士研究生,主要从事光学测量、机器视觉和数字图像处理等方面的研究。导师简介:史玉升,男,教授,博士生导师,主要从事三维光学测量和先进成形技术等方面的研究。疉.,琀瓺籶猰簂.:.,.,,,琣.,,.瑃甌甌甌籶—
万方数据
:,该算法将投影仪当作一个逆向的相机,通过建立投影仪图像和相机图像的对应关系,将投影仪标定转化为成熟的相机标定,从而将单相机结构光三维测量系统转换为经典的双目视觉系统。该算法新颖、简单、标定精度比传统的相位测量轮廓术更高。但是文献,在建立标定投影仪所需的投影仪图像时,均没有考虑光栅图像非正弦化引起的相位误差【,⋯,而这种相位误差会影响建立的投影仪图像的精度,进而影响投影仪的标定精度和系统的测量精度。本文在上述算法的基础上,详细介绍了投影仪的数学模型和投影仪图像采集方法,在投影仪图像采集过程中通过对相位误差进行补偿,提高投影仪图像的精度,进而提高投影仪的标定精度,最后通过标定实验和测量实验对本文算法进行了验证,实验结果表明,本文所提议的投影仪标定算法操作过程简单精确,标定精度可达单相机结构光三维测量系统的结构简图如图所示,该系统由一个阆窕鸵桓鍪止獯器琍队耙亲槌桑饬渴笔褂肈投影仪投射一组光强呈正弦分布的光栅图像,如图荆种不同频率的四步相移图像组成,使用阆窕同时拍摄图像,利用所得图像,根据四步相移法计算相位主值,并根据外差原理进行相位展开口盷,最后利用已标定的系统参数和相位灰度图重建被测物体表面的三维点云数据凹。尽投影仪模型从投影仪的投射原理可知,投影仪投射的过程与相机拍摄的过程正好相反,可以将投影仪看作一个逆向的相机,因此可以为投影仪建立一个与相机类似的数学模型。不考虑镜头畸变时,采用小孔