[发明专利]一种扩大标定空间的数字光栅投影测量系统标定方法

说明书

本发明提供一种扩大标定空间的数字光栅投影测量系统标定方法，该方法包括：S10：扩大标定空间；S20：获得世界坐标与相机像素坐标和相位的关系模型。本发明首先扩大标定空间，将标定点以外的测量空间纳入标定的范围，在包括标定点以及标定点以外的空间内建立世界坐标与相机像素坐标以及相位之间的关系模型，以避免产生标定误差。

技术领域

本发明涉及数字光栅投影系统的标定方法，具体涉及一种扩大标定空间的数字光栅投影测量系统标定方法。

背景技术

光栅投影三维测量技术作为光学三维测量技术的一个热门领域和重要方向，具有测量非接触、测量速度快、测量精度高等一系列优势。随着近年来科学技术的发展和工业生产的进步，光栅投影测量技术在工业自动化检测、生物医学诊断、文物复刻、虚拟现实实现、产品质量控制等领域得到了越来越广泛地应用。系统标定是光栅投影技术的基础环节，系统标定的准确性和精度将直接影响到光栅投影系统测量的准确性和精度。除此之外，系统标定的复杂度和可执行度，也将直接影响测量系统的使用范围和使用的广泛性。

随着光学测量技术的发展，光栅投影测量技术已经趋于成熟，随之出现了很多不同的系统标定方法。传统的标定方法在通过标定投影仪和相机的准确的位置参数和方向参数进行标定，这种方法标定很准确，但操作十分复杂繁琐、标定的速度也很慢。随着张正友相机标定法的推广和普及，由于投影仪和相机成像模型的相似，将投影仪作为“逆向相机”来标定的方法是当前最常用的光栅投影系统标定方法。这种方法对系统的结构没有传统标定法中的外部约束，也不需要提前知道标定板的准确位置，由于它的灵活性、易操作、低成本很快得到了广泛使用。然而，这种方法的问题主要有：相机的误差会耦合到投影仪的标定误差之中；假设投影仪的成像处于聚焦状态。由于实际情况下，投影仪由于各种原因经常处于不同程度的离焦状态，因而基于张正友标定法和“逆向相机模型”的系统标定法，在不同深度会具有不同程度的标定误差。

中国专利申请CN110849268A公布了一种快速的相位-高度映射标定方法，该专利中提及的相位-高度映射标定基于特定的几何结构推导出的几何关系，实质上标定出的结果参数是CCD相机和参考平面之间的距离L和CCD相机与投影仪之间的距离d。然而，该方法需要基于远心镜头和特定的系统结合关系，适用范围不广，且投影仪的离焦易产生标定误差，除此之外标定空间有限，即超过标定板范围以外的测量空间难以避免标定误差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种扩大标定空间的数字光栅投影测量系统标定方法，以解决现有技术中标定空间有限，超过标定板范围以外的测量空间存在标定误差的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种扩大标定空间的数字光栅投影测量系统标定方法，该方法包括：

S10：通过获得世界坐标系下的坐标以及图像坐标系下的坐标之间的仿射矩阵来扩大标定空间；

S20：获得世界坐标与相机像素坐标和相位的关系模型。

优选地，扩大标定空间的方法包括：

S101：获得在不同的位置下已知标定板上各标定点的世界坐标系下的坐标以及图像坐标系下的坐标；

S102：获得各标定点的世界坐标系下的坐标以及图像坐标系下的坐标之间的仿射矩阵；

S103：根据该仿射矩阵得到已知标定板的标定区域以外的像素点对应的世界坐标系下的坐标。

优选地，S101：获得在不同的位置下已知标定板上各标定点的世界坐标系下的坐标的方法包括：

S1011：建立一世界坐标系，使得该世界坐标系的xoy面平行于一已知标定板，z轴垂直于该已知标定板；

S1012：垂直于z轴移动该已知标定板，获得在不同的位置下已知标定板上各标定点的世界坐标系下的坐标。