用于任意摆放条纹投影三维测量系统的标定方法

摘要

本发明提供了一种用于任意摆放条纹投影三维测量系统的标定方法，该方法包括：1设计标定板，标定板为等距相间的棋盘格子；2将标定板置于测量系统视场中，进行CCD相机标定；3放置棋盘格子于测量场中的任意不同位置，并在每个放置位置投影相移正弦条纹图到棋盘格表面，然后采集图像和计算棋盘格表面的每一个像素点的展开相位分布Φ和到参考面的距离h；4建立三个多项式，表达展开相位Φ和高度h、高度h和横坐标X及高度h和横坐标Y之间的关系；5利用所标定的多项式系数，转换展开相位到实际的高度数据以及高度数据对应的横坐标(X,Y)，完成三维测量系统的标定。

主权项

一种用于任意摆放条纹投影三维测量系统的标定方法，该方法包括：步骤1、设计标定板，标定板为等距相间的棋盘格子，并且具有漫反射表面；步骤2、放置所述标定板于测量场的任何不同位置，采集每个放置位置的标定板图像，然后向每个放置位置的标定板表面投影多幅相移正弦条纹图，并采集每个放置位置的标定板反射的多幅正弦条纹图像，其中标定板图像用于标定相机的内部参数矩阵A和该位置处的外部参数矩阵[R,T]，正弦条纹图像被用于相移算法和相位展开算法求解此放置位置的展开相位分布Φ；步骤3、根据步骤2中所获取的内、外部参数矩阵计算各位置处标定板上的点对应的每一像素点(m,n)在相机坐标系中的空间坐标(X_C,Y_C,Z_C)；步骤4、在步骤2所述的不同位置中任意选取一个位置作为参考平面，并根据步骤3中获得的该位置处的空间坐标(X_C,Y_C,Z_C)拟合三维空间平面方程；步骤5、根据步骤3获得其他位置处标定板的空间坐标，利用点到平面的空间距离公式计算各点到参考面的高度值h，并利用空间平面的垂线方程计算空间点在参考平面上的垂点的横坐标(X,Y)；步骤6、建立一个多项式，用于表达展开相位Φ与高度h之间的关系：$h(m,n)=\frac{1+a_1(m,n)·\Phi (m,n)}{a_2(m,n)+a_3(m,n)·\Phi (m,n)}$式中h(m,n)是像素点(m,n)对应的不同空间点到参考平面的高度，Φ(m,n)为该像素点的展开相位分布，a₁(m,n)、a₂(m,n)、a₃(m,n)是待求解的多项式系数，根据步骤2所得展开相位和步骤5中所得高度值h利用最小二乘法求解多项式系数；步骤7、分别建立一个多项式，用于表达高度h(m,n)和横坐标X、Y之间的关系：$\left\{\begin{array}{c}X=\underset{k=0}{\overset{M}{\Sigma }}{b}_k(m.n)·h^k(m,n)\\ Y=\underset{k=0}{\overset{M}{\Sigma }}{c}_k(m.n)·h^k(m,n)\end{array}\right.$式中，(X，Y)是垂足横坐标，M是多项式级次k的最大值，且为正整数，b_k(m,n)、c_k(m,n)是待求解的多项式系数，根据步骤5中所得高度值h和横坐标(X，Y)利用最小二乘法求解多项式系数；步骤8、利用步骤6和步骤7所得的多项式系数，转换展开相位到实际三维数据，完成三维测量系统的标定。