型面光学测量系统综合标定方法

摘要

型面光学测量系统综合标定方法，采用设计独特的白色底色上分布均匀黑色菱形方格阵列的标定板和相应菱形方格阵列的投影仪标定光栅，通过激光定位校正标定板的位置，使投影仪投影的菱形方格落在标定板的白色间隙内，由摄像机记录投影仪关闭前、后的标定板图像作为标定图像，对标定图像进行处理获得摄像机标定的基础数据，采用两步标定法实现摄像机的标定，根据摄像机标定结果计算出投影仪标定点的空间坐标，与对应的投影仪图像平面标定点坐标匹配作为基础数据实现投影仪的标定，根据投影仪坐标系和摄像机坐标系之间的转换关系实现系统几何参数的标定。本发明解决了标定点的精确自动提取问题，实现摄像机和投影仪及测量系统的综合标定，具有重要的工程实用价值。

主权项

1.一种型面光学测量系统综合标定方法，其特征在于本发明的综合标定方法包括以下步骤：1)制作标定板及投影仪标定光栅：根据测量系统本身的特性，制作相应大小的平面标定板，以白色为底色，其上分布均匀的黑色菱形方格阵列(1)，标定板中心标有一黑色定位点(2)，投影仪标定光栅的图案采用相同的菱形方格阵列，其间距、大小与标定板菱形方格阵列(1)相对应，阵列数比标定板菱形方格阵列(1)少一行一列；2)获得投影仪标定图像：将标定板置于结构光投影三维型面测量系统的测量区域，通过激光管(6)发出的激光点及标定板定位点(2)调整标定板位置，使得投影仪投影的菱形方格阵列(3)正好位于标定板的白色间隙内，由摄像机(5)记录此时的标定板图像，即为投影仪标定图像；3)获得摄像机标定图像：关闭投影仪(4)，由摄像机(5)记录此时的标定板图像，即为摄像机标定图像；4)获取摄像机标定点像素坐标：根据canny准则和SUSAN法对摄像机标定图像进行菱形方格角点自动提取处理，精确获得角点像素坐标即为摄像机标定点像素坐标；5)获得摄像机标定基础数据：根据标定板菱形方格阵列(1)的分布特征，将摄像机标定点的像素坐标与空间坐标进行匹配自动生成摄像机标定的基础数据；6)线性标定部分摄像机参数：以摄像机标定基础数据作为已知条件，根据摄像机坐标系与世界坐标系之间的转换关系，采用线性最小二乘估计法标定出部分摄像机参数；7)标定全部摄像机参数：采用Levenberg-Marquardt非线性优化方法进行优化，获得全部摄像机内外参数的标定结果；8)获得投影仪标定点像素坐标：对投影仪标定图像进行与步骤4同样的处理，同时除去步骤4中已提取的摄像机标定点，获得投影仪菱形方格阵列(3)的角点像素坐标，即为投影仪标定点像素坐标；9)获得投影仪标定的基础数据：根据已标定的摄像机参数计算出投影仪标定点的空间坐标，与已知的投影光栅平面的标定点坐标相匹配自动生成投影仪标定的基础数据；10)投影仪标定：参照步骤6、7对投影仪(4)的内外参数进行标定；11)型面光学测量系统几何参数标定：根据投影仪坐标系和摄像机坐标系与世界坐标系之间的转换关系得到投影仪坐标系和摄像机坐标系之间的转换关系，从而获得系统几何参数的标定结果。