[发明专利]一种新型的单个摄像机和单个投影光源同步标定方法

摘要

本发明属于三维机器视觉领域，涉及一种高精度单个摄像机和单个投影光源同步标定方法。本发明可以同步获得摄像机和投影光源的标定参数，减少标定的复杂度，并且本发明可以直接获得投影光源与摄像机之间的距离D、摄像机与参考平面的距离L、投影光源投射的正弦或者余弦信号波的频率f0、图像在X轴方向相邻像素点的距离值Rx以及图像在Y轴方向相邻像素点的距离值Ry等与后续三维重建直接相关的标定参数，利用本发明所提供的标定方法，可以直接进行三维坐标信息的计算，弥补了已有标定方法缺少相关参数标定方法的缺陷。

主权项

一种单个摄像机和单个投影光源同步标定方法，其特征是，包括下列步骤：步骤1：将彩色或者黑白摄像机与投影光源(所述的投射光源的分辨率为LR×LC)固定在扫描平台上，并确定在标定结束后，三维测量时，所述的彩色或者黑白摄像机与所述的投影光源的位置也不会被改变；将事先加工好的标定靶标放置于与被测物体距离相近，即：距离被测物体±500mm范围的位置，摆放好所述的标定靶标，并确定所述的标定靶标能够被所述的彩色或者黑白摄像机拍摄完全，且所述的投影光源能够投射的光信号范围能够覆盖所述的标定靶标所在的位置；调整好所述的彩色或者黑白摄像机以及所述的投影光源的焦距，使之处于最佳状态；步骤2：利用所述的彩色或者黑白摄像机拍摄没有投射相移光栅之前的所述的标定靶标图像，并提取所述的标定靶标上面所有圆在所述的彩色或者黑白摄像机坐标系下的圆心坐标(xci，yci)，(i＝0......98)；步骤3：在所述的标定靶标相同位置，利用所述的投影光源在所述的标定靶标上投射横向和纵向的格雷码及6步相移光栅，利用所述的彩色或者黑白摄像机实时拍摄每幅图像，在圆心位置的每个点xci,yci)，利用解算出来的横向相位θr‑H(xci，yci)和纵向相位θr‑V(xci，yci)，计算在所述的投影光源坐标系中圆心位置所对应的圆心坐标(xpi，ypi)，(i＝0......98)，其中xpi和ypi分别由下式确定： x pi = θ r - V ( x ci , y ci ) × L R 2 π N v y pi = θ r - H ( x ci , y ci ) × L C 2 π N h - - - ( 1 ) 步骤4：将所述的标定靶标放置于4个不同位置，其中最后一个位置需要将所述的标定靶标与所述的彩色或者黑白摄像机调整成垂直关系，并将所述的标定靶标的中心与所述的彩色或者黑白摄像机的图像中心重合，对于所述的标定靶标所处的每个位置，重复步骤2和步骤3的操作，即在每个位置都需要求得(xci，yci)，(i＝0......98)和(xpi，ypi)，(i＝0......98)等坐标信息；步骤5：利用张正友的标定方法，获得所述的彩色或者黑白摄像机坐标系相对于物空间坐标系的旋转矩阵Rc和平移矩阵Tc，以及所述的投影光源坐标系相对于物空间坐标系的旋转矩阵Rp和平移矩阵Tp，其中Rc、Tc、Rp和Tp分别由下式表示： R c = r c 1 r c 2 r c 3 r c 4 r c 5 r c 6 r c 7 r c 8 r c 9 T c = t cx t cy t cz R p = r p 1 r p 2 r p 3 r p 4 r p 5 r p 6 r p 7 r p 8 r p 9 T p = t px t py t pz - - - ( 2 ) 步骤6：利用下式计算所述的投影光源与所述的彩色或者黑白摄像机之间的距离D： D = ( t cx - t px ) 2 + ( t cy - t py ) 2 + ( t cz - t pz ) 2 - - - ( 3 ) 步骤7：将加工好的参考平面放置于所述的标定靶标的最后一个位置的前面，并使得所述的参考平面与所述的标定靶标紧密贴合，采集所述的参考平面位置处的相移光栅，作为参考光栅信息，设所述的参考平面的的厚度为DR，利用下式计算所述的彩色或者黑白摄像机与所述的参考平面的距离L：L＝tcx‑DR                     (4)步骤8：对于本发明采用的9行11列的所述的标定靶标以及本发明的序号排列方式，假设横向距离最远点的距离值为Dbig‑H，利用下式计算所述的投影光源投射的正弦或者余弦信号波的频率f0： f 0 = 1 Σ i = 0 8 D big - H 9 × ( x pi - x p ( i + 90 ) ) 2 + ( y pi - y p ( i + 90 ) ) 2 × PW - - - ( 5 ) 其中：PW为正弦或者余弦波的周期长度；步骤9：利用下式计算图像在X轴方向相邻像素点的距离值Rx： R x = 1 Σ i = 0 8 D big - H 9 × | x ci - x c ( i + 90 ) | - - - ( 6 ) 步骤10：对于本发明采用的9行11列的所述的标定靶标以及本发明的序号排列方式，假设纵向距离最远点的距离值为Dbig‑v，利用下式计算图像在Y轴方向相邻像素点的距离值Ry： R y = 1 Σ i = 0 8 D big - V 9 × | y c ( i × 9 ) - y c ( ( i + 1 ) × 9 - 1 ) | - - - ( 7 ) 至此，标定过程结束。