[发明专利]一种基于结构光的无干扰深度相机的设计方法

权利要求书

1.一种基于结构光的无干扰深度相机的设计方法，其特征在于：

第一步，对系统内的多台相机进行分组，每个分组内默认相机数目为两台，每台相机选择距离最近的相机同为一组；所述的系统包含多台相机和一台以上投影设备；

第二步，对系统内的各组相机分别进行同步，或者对多个分组内的相机进行统一同步；

第三步，对系统内的各组相机分别进行标定；

第四步，利用投影设备将结构光散斑图案投射到目标场景上；所述投影设备的位置任意分布，不受相机分组的影响；

第五步，利用标定好的各组相机同步获取目标场景中的散斑图像；

第六步，对各组相机获得的散斑图像进行校准；

第七步，计算各组相机获得的散斑图像之间的视差，得到视差图；

第八步，将视差图转换为深度图。

2.根据权利要求1所述的一种基于结构光的无干扰深度相机的设计方法，其特征在于：对各组相机的标定应该分别进行，最终获得各组相机各自的模型参数，具体包括以下步骤：

(3.1)根据实际场景情况选择标定方法和标定物；

对作为标定物的物体，选取黑白方块交替排列的平面棋盘图模式；

(3.2)拍摄包含标定物的图像；

选取和制作好标定物之后，通过采集包含标定物的图像，进而建立起图像点与标定物上的已知点坐标之间的映射关系，获得真实空间到相机空间的映射模型和透镜畸变模型的相关参数；

(3.3)提取各组内两台相机同一时刻拍摄的包含标定物的图像的特殊点；

所述的特殊点选取为棋盘的角点；

(3.4)根据所提取的特殊点计算透镜畸变模型和映射模型的模型参数并保存。

3.根据权利要求2所述的一种基于结构光的无干扰深度相机的设计方法，其特征在于：步骤(3.4)中的模型参数计算如下：

假设物理空间上的某点A映射到成像平面上的点a，如果采用齐次坐标，则有:

且有关系：

其中，(X,Y,Z)是物理空间上点A的坐标，(x,y)是该点A映射在成像平面上的对应点a的 坐标；H表示从二维棋盘平面到成像平面的映射，其含义有三部分：两个平面的相对位置、缩放因子以及相机的投影模型，相对位置W用旋转矩阵R和平移向量k表示，分别代表了相机坐标系中上述两个平面之间的相对旋转角度和相对偏移量；缩放因子用s表示；投影模型用相机矩阵M来表示，即，

其中：

W＝[R k]＝[r₁ r₂ r₃ k]

其中，f_x和f_y是相机的焦距，c_x和c_y代表了成像仪中心和相机透镜光轴之间的偏移量，r₁，r₂，r₃分别代表旋转矩阵R的三个列向分量；

利用上述公式，由同一物体在目标场景中不同位置拍摄得到的多个图像，来计算每个视图中标定物二维棋盘平面相对于成像平面的旋转矩阵R和平移向量k；利用相机内参数对所有视图不变的特点，计算出相机矩阵M。

4.根据权利要求1所述的一种基于结构光的无干扰深度相机的设计方法，其特征在于：所述的第八步具体为，根据三角测量的原理，以水平分布的两台相机为例，对于完成标定的两台相机，两台相机的光轴平行，两个图像在同一平面上，且两台相机投影中心之间的平移向量T已知，焦距相同且已知，即f_l＝f_r＝f；假设物理空间中的点A在左右视图图像上投影分别为a_l和a_r，对应横坐标分别为x_l和x_r，点A的深度Z利用三角形的相似关系计算出来，方法如下：