[发明专利]一种基于散斑图案的单目测量系统标定方法及装置

摘要

本发明公开了一种基于散斑图案的单目测量系统标定方法，包括以下步骤标定板图像采集、标定板图像检测、散斑图像采集、投影仪标定图像生成、单相机和投影仪组成的测量系统的自标定。还公开了一种标定装置，包括数字光栅投影仪(1)、工业CCD相机(3)和计算机(5)等，所述计算机包括图像采集控制单元、投影仪投射控制单元、标定板图像检测单元、相机参数标定单元。本发明可以快速高效的完成对单目测量系统进行高精度标定，具有操作方便简单、实用灵活、结果准确可靠的特点。

主权项

一种基于散斑图案的单目测量系统标定方法，包括以下步骤：第一步，采集相机标定图像：将带有特征点的标定板置于单目测量系统视场内，利用CCD相机采集标定板在某一位置下的图像；所述特征点包括环形编码特征点和圆形非编码特征点，标定板斜对角线上两对编码特征点的距离精确已知，标定板的大小根据测量系统的幅面和被测物的大小确定；第二步，采集标定板散斑图像：固定标定板位置，利用投影仪向标定板投射一幅与标定板大小相应的散斑图案，同时利用CCD相机同步采集带有上述散斑图案的标定板图像，也即标定板散斑图像，所述标定板的摆放位置和第一步中的摆放位置是相同的，并且投影仪投出的所有散斑图案是固定的；第三步，检测标定板图像：对第一步中采集的相机标定图像进行标志点检测，识别出相机标定图像上特征点的个数和类型，并计算特征点的中心坐标，并计算出标定板散斑图像中对应特征点中心的亚像素级坐标，其中，所述标志点检测包括滤波降噪、阀值分割、边缘检测、中心定位处理；第四步，调整标定板位置，重复上述第一步到第三步，直到采集到标定板在预定数目的不同位置下的相机标定图像和标定板散斑图像，所述位置的数目大于3；第五步，将CCD相机采集的标定板散斑图像作为参考图像，投影仪栅片上的散斑图像作为变形图像，利用数字图像相关法建立参考图像和变形图像之间的对应关系，得到用于投影仪标定的投影仪标定图像；第六步，确定测量系统参数：利用第一步采集的相机标定图像和第五步生成的投影仪标定图像，分别求解出相机和投影仪的标定参数，然后将世界坐标系原点设在相机光心位置，计算出投影仪坐标系在世界坐标系下的位置；其中，所述第五步具体包括：(1)将检测相机标定图像获得的特征点坐标位置作为参考图像上的种子点，根据数字图像相关原理在变形图像上寻找种子点的整像素对应点；其中，根据相关系数方程在变形图像上寻找与参考子图像相关性最大的变形子图像，并将变形子图像的中心点作为特征点在变形图像上的对应点；(2)根据最小二乘迭代算法，计算种子点在变形图像上的亚像素位置，其中，点(xi，yi)的灰度值f(xi，yi)与亚像素点(x′i，y′i)的灰度值g(x′i，y′i)之间的关系可以表示为：f(xi，yi)‑e(xi，yi)＝r0+r1×g(x′i，y′i)，其中e(xi，yi)为噪声部分，变量r0，r1用于补偿由于光照引起的灰度差异，由于点(x′i，y′i)为亚像素，在计算过程中需要通过双三次样条插值来计算其灰度值g(x′i，y′i)；(3)基于步骤(2)的结果，建立标定板散斑图像中每个特征点中心与投影仪栅片上的散斑图像上像素的对应关系，得到用于投影仪标定的投影仪标定图像；其中，所述第六步具体包括：(1)利用摄影测量理论中的相对定向和绝对定向分别确定出相机和投影仪的标定参数初值；(2)根据镜头畸变模型和摄像机的中心投影模型，分别建立相机和投影仪的完整成像模型，利用光束平差法分别对相机和投影仪进行标定，以调整和优化标定参数初值，其中，由小孔成像模型和十参数相机畸变模型，利用光束平差法对相机进行标定，以调整和优化相机的内外参数；(3)以相机所在位置为世界坐标系原点，建立相机坐标系和投影仪坐标系之间的位置关系，从而实现对单目测量系统的标定，标定完成后，还可以对标定结果进行温度补偿，并加入比例尺。