[发明专利]一种加速器光距尺设备、标定方法及光距尺生成方法

权利要求书

1.一种加速器光距尺设备，其特征在于，包括：投影仪、相机、光距尺标定板以及光程指示器，所述投影仪和所述相机固定在加速器的外壳上，所述投影仪用于投影结构光模式序列图案和光距尺图案，所述结构光模式序列图案用于标定所述投影仪和所述相机，所述相机用于采集所述投影仪所投影的结构光模式序列图案和光距尺标定板的图片，所述光距尺标定板设置在所述加速器的出射端外部，并且所述光距尺标定板的中心对应于所述加速器的等中心位置，所述光距尺标定板用于标定所述投影仪和所述相机以及验证光距尺的精度，所述光程指示器设置在所述加速器的出射端内部，来自所述光程指示器的光线沿与所述加速器的出射方向平行的方向从所述出射端射出，用于指示光距尺的刻度；

所述加速器光距尺设备利用以下标定方法进行标定，具体包括：

在步骤401中，通过所述相机采集所述光距尺标定板的至少三个第一图片，所述至少三个第一图片中每一图片分别对应的光距尺标定板处于不同的姿态，即采集处于至少三个不同姿态的棋盘格图片；

在步骤402中，针对至少三个第一图片中每一图片分别对应的光距尺标定板所处的姿态，分别通过所述相机采集投影有结构光模式序列图案的光距尺标定板的第二图片，结构光模式序列图案通过所述投影仪进行投影，即采集与所述步骤401中采集的图片对应的投影有结构光模式序列图案的棋盘格图片；

在步骤403中，利用预定角点检测算法提取第一图片中角点的位置，以获得第一图片角点位置坐标，第一图片角点位置坐标是根据所提取的第一图片中角点的位置相对于所述光距尺标定板上的图案的预设实际角点位置坐标而获得的，并且将第一图片角点位置坐标记为

所述光距尺标定板上的图案的预设实际角点位置坐标预先定义为

该角点坐标与通过预定角点检测算法获得的棋盘格角点坐标相对应；

在步骤404中，分别针对横向结构光和纵向结构光所对应的第二图片进行解码，以获得第二图片的横向码字和纵向码字；

在步骤405中，根据横向码字和纵向码字，利用单应性矩阵确定所述投影仪的投影图案角点位置坐标，投影图案角点位置坐标与预设实际角点位置坐标相对应，投影图案角点位置坐标记为

在步骤406中，根据第一图片角点位置坐标q_c、预设实际角点位置坐标Q和投影图案角点位置坐标q_p，并且利用预定标定算法，确定所述相机和所述投影仪的标定参数，所述预定标定算法为张正友标定算法，所述标定参数包括相机镜头的焦距M_c，相机镜头的畸变D_c，投影仪镜头的焦距M_p，投影仪镜头的畸变D_p以及相机和投影仪之间的几何变换R_cp和T_cp；

所述投影仪和相机的标定流程中使用Shi-Tomasi角点检测的算法，其通过计算图像窗口平移[u，v]产生的灰度变化E(u，v)

其中，M为自相关矩阵，定义如下

式中，w(x，y)表示窗口函数；

I_x和I_y表示图像在x和y方向的导数；

对于M的两个特征值λ₁和λ₂，Shi-Tomasi算法认为角点的检测取决最小的特征值，角点判断函数R如下，当R的值超过阈值则认为其为角点：

R＝min(λ₁，λ₂)；

结构光编码使用相移法，相移法编码模式如下：

I_n(x，y)＝I′(x，y)+I″(x，y)cos[φ(x，y)-2π/n]；

其中，I′(x，y)为图像中该点的平均强度；

I″(x，y)为图像中该点调制的强度；

I_n(x，y)为最终相机采集到的图像，n∈1，2，...，N为相移模式索引，N为相移模式图片的数量；

φ(x，y)为求解的相位；

使用的相移法为3步相移法，即上式的N等于3；

此时，相位φ(x，y)可由下列公式计算获得：

通过φ(x，y)/2π×W和φ(x，y)/2π×H分别求解所述投影仪宽和高两个方向所对应的码字，其中：W代表所述投影仪的宽，而H代表所述投影仪的高；

棋盘格角点相对应的投影坐标的计算需要结合局部单应性矩阵进行求解，通过求解局部单应性矩阵来寻找投影仪像素点与棋盘格角点的对应关系，对于每一个棋盘格图案，利用图案周围的码字，计算局部的单应性矩阵，最后利用单应性矩阵将棋盘格角点和投影仪上的像素点相对应，单应矩阵的计算通过最小化下列公式：

其中，H∈R^3×3，为单应性矩阵；

q_c＝[x，y，1]^T为棋盘图像中的像素坐标，由标定流程地三步获得；

u＝[col，row，1]^T为解码所获得的码字；

然后，通过将单应性矩阵与棋盘图像中的像素坐标相乘即可以获得投影仪对应点。