[发明专利]一种非平行条件下三维测量系统结构参数快速标定方法

说明书

本发明公开了一种非平行条件下三维测量系统结构参数快速标定方法，其优点可实现在投影仪镜头和面阵相机镜头连线与标定平面为非平行条件下构建出投影条纹相位与待测物体表面高度的数学模型，同时通过一种快速标定方法获取测量系统数学模型中的结构参数值，相比于现有标定方法有效地提高了精度；过程为：(1)建立非平行条件下投影条纹相位与被测物体表面高度的数学模型；(2)通过面阵相机采集标定平面位于初始位置的条纹图像；(3)求取标定平面在初始位置上的条纹相位值；(4)通过面阵相机采集标定平面位于不同位置的条纹图像；(5)求取标定平面在不同位置上的条纹相位值；(6)将相位差值输入至数学模型中，联立求解出系统结构参数。

技术领域

本发明属于光学测量技术领域；涉及到一种三维测量系统模型结构参数的快速标定方法，可用于在利用基于结构光投影的测量系统采集待测物体的三维立体信息过程中，在面阵相机与投影仪处于非平行条件下，快速获得该系统数学模型中结构参数。

背景技术

系统结构参数的标定是基于结构光投影的三维测量技术中的关键问题之一，其标定精度直接决定后续对待测物体三维立体重建的准确度。由于在实际搭建三维测量系统时需要投影仪、面阵相机、被测物体、标定平面等设备，通常在理想情况下，测量数学模型建立在如下条件：投影仪光学中心与面阵相机光学镜头中心的连线与被测物体所在位置为空间平行关系，同时面阵相机的光轴与标定平面为垂直关系、投影仪光轴与面阵相机光轴相交。然后通过光学三角法推导出该测量系统的数学模型；但是上述条件对测量系统的搭建、仪器设备的摆放与调节提出了严格的要求，同时也限制了仪器设备摆放的灵活性；否则通过该数学模型标定出的测量系统的结构参数将产生较大误差，进而影响到利用该系统获得被测物体三维立体信息的精度，最终将对该测量系统的实际应用产生一定程度上的限制；因此寻找在非理想条件下测量系统的结构参数的标定方法是难点。

发明内容

本方法的突出优点是能实现在投影仪镜头中心与面阵相机镜头中心连线与标定平面成一定角度时，即非平行条件下，构建出投影条纹相位信息与待测物体表面高度的数学关系模型，同时通过一种快速标定方法获取该测量系统数学模型中结构参数值；避免了通过现有标定方法获得参数值易出现误差的问题，从而有效地提高三维测量系统的精度。

本发明采用的技术方案为一种非平行条件下三维测量系统结构参数快速标定方法，包括下列步骤：

(1)建立投影仪与面阵相机为非平行条件下的投影条纹相位信息与被测物体表面高度数学模型；

(2)在高精度移动平台上设置标定平面及初始位置，利用投影仪将余弦分布条纹结构光投影至位于初始位置的标定平面上，通过面阵相机采集该位置标定平面表面的条纹图像作为初始标定图像；

(3)利用相位提取算法求得初始标定图像中条纹相位分布，通过相位解包裹算法获得标定平面在初始位置上的全场条纹相位值；

(4)利用高精度移动平台将标定平面沿相机光轴方向分别移动至与初始平面不同距离的位置；在每个位置上分别通过面阵相机采集由标定平面高度变化产生相位受调制后的新条纹图像，并作为标定图像；

(5)利用相位提取算法求得每个位置上标定图像中的条纹相位分布，通过相位解包裹算法获得标定图像在每个位置上的全场条纹相位值，并与步骤(3)中得到的初始位置上的全场条纹相位值作差，得到相位差值；

(6)将根据步骤(5)得到的多个相位差值输入至由步骤(1)中得到的数学模型中，联立求解出模型中的系统结构参数。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明中的方法较好地解决了基于结构光投影的三维测量系统包含设备较多，较难实现理想空间关系的问题，本发明对此提出了非平行条件下的系统搭建、模型建立，并推导出了相位差与高度的数学关系，为后续的三维重建奠定了基础；