[发明专利]一种灵活且高精度的结构光系统标定方法

权利要求书

1.一种灵活且高精度的结构光系统标定方法，其特征在于：该方法使用计算机生成几种特定频率的条纹图进行四步相移，将各频率的四步相移图投射到带有特征点的标定板上；通过相移解包裹算法求解得到标定板的连续相位值；最后使用张正友标定法得到每个位置的标定板上圆心的像素坐标及相机内外参数，从而得到标定板上圆心在相机坐标系下的坐标，通过圆心相机坐标使用平面拟合算法拟合出标定板的成像平面，然后通过不同成像平面之间的距离及其连续相位的相位差进行测量系统标定；具体包括以下步骤：

S1、建立三维测量系统：该系统包括DLP投影仪、CCD相机和圆标定板；其中DLP投影仪和CCD相机可以任意放置；

S2、使用计算机生成几种特定频率的条纹图进行四步相移，将各频率的四步相移图投射到带有特征点的圆标定板上；

S3、使用相机标定程序，多次向前任意移动圆标定板对相机进行标定，得到相机的内外参数；一个不考虑透镜畸变的标准针孔透镜模型用数学公式描述为：

对于每个标定板位置，由于世界坐标系设置在标定板上，因此在标定板上定义其Z_w＝0,相机坐标[X_c Y_c Z_c]表示为：

由于标定板上圆心点世界坐标系下的坐标是已知的，因此通过公式(2)得到每个位置的标定板上圆心的相机坐标系下的三维坐标X_c、Y_c、Z_c后，使用平面拟合算法对其进行拟合得到每个位置的标定板在相机坐标系下的成像平面；同样地，第一个位置的标定板为参考平面，其拟合平面表示为：

其中表示第i个位置的标定板上任意一点的相机坐标，i表示第i个位置的标定板；通过最小二乘法解出每一个位置的标定板的平面参数A、B、C和D，根据小孔成像模型可知相机光心和参考平面上任一点的连线必定交与其他位置平面一点，因此每个交点到参考面的距离表示为：

得到的h(x,y)作为高度差h_i(u,v)；

S4、使用相移法，获取圆标定板的每个位置的相位信息；以第一个位置的圆标定板作为参考平面，用每个位置的圆标定板的相位值减去参考平面上的对应点的相位值，从而得到几组相位差信息，记为Δφ_i(u,v)；

S5、相位-高度标定，又称为系统几何参数标定；被测物体相位差Δφ(u,v)和其高度h(u,v)的对应关系如下：

当测量系统固定后，参数a(u,v)、b(u,v)和c(u,v)被看作系统常量，取多个不同位置得到h_i(u,v)与Δφ_i(u,v)，建立方程组，通过最小二乘法解出a(u,v)、b(u,v)和c(u,v)三个参数，至此完成系统标定。