一種基於條紋投影的三維測量方法
2023-05-25 13:45:31 1
一種基於條紋投影的三維測量方法
【專利摘要】本發明提供一種基於條紋投影的三維測量方法。首先通過標定攝像機，計算相關參數，利用得到的參數矯正被畸變扭曲的正弦條紋圖；然後，利用這些無畸變的條紋計算每個待測點的深度坐標，最後根據這些計算得到的深度坐標以及標定的相關參數，結合小孔成像模型，得到無畸變的三維空間坐標。本發明解決了動態實時測量過程中鏡頭畸變影響測量結果精度的問題，降低了測量誤差，提高了測量精度。
【專利說明】一種基於條紋投影的三維測量方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於光學測量【技術領域】，具體涉及一種基於條紋投影的三維測量方法。
【背景技術】
[0002]三維形貌測量在工業製造、快速逆向工程、質量監控、生物醫學等領域發揮著重要的作用。由於光學三維測量具有非接觸的測量特性，其受到了廣泛的關注。在現有的光學三維測量中，常用的技術有雙目視覺法、飛行時間法、條紋投影法等等。雙目視覺法為被動式測量方法，其優點在於不需要人為主動幹預，利用不同角度的拍攝圖像以及被測物表面特性就可以恢復被測表面；但是由於需要匹配被測表面上的特徵點，所以對於表面均一無明顯特徵的物體，這種方法很難建立兩個攝像機之間的匹配關係，從而很難實施測量。飛行時間法也是常用的測量方法，但是該方法的測量結果精度較低，且在測量近距離物體時測量準確度差。條紋投影法是利用生成的條紋對被測物表面進行編碼，然後利用攝像機來拍攝這些包含了被測物表面信息的條紋，通過使用一定的解碼方法，來實現物體表面輪廓獲取；利用該方法的好處在於其對環境光和物體表面反射率不敏感，測量的解析度高，測量結果準確。隨著投影裝置和攝像機的發展，條紋投影法越來越多地被應用於動態實時的三維測量中。
[0003]然而，在現有的基於條紋投影的動態實時三維測量系統中，人們通常很少關注攝像機鏡頭畸變給測量結果帶來的影響。但是在實際應用中，由於設計、生產、組裝等一系列過程的不完美造成的鏡頭畸變確實降低了測量結果的精度，而且這種精度的降低對結果造成了明顯的影響，並不能被簡單地忽視。儘管更換更高質量的鏡頭能一定程度的解決這一問題，但是這一做法也不可避免的增加了整個系統的成本，所以目前十分缺乏一種能排除鏡頭畸變幹擾的動態實時三維測量方法。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供一種基於條紋投影的三維測量方法，解決了動態實時測量過程中鏡頭畸變影響測量結果精度的問題，降低了測量誤差，提高了測量精度。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明提供一種基於條紋投影的三維測量方法，包括以下步驟:
[0006]步驟一:對攝像機參數進行標定，包括確定攝像機的畸變係數矩陣Kc、內部參數矩陣A和外部參數矩陣E ;
[0007]步驟二:使用投影儀向待測物投射正弦條紋圖，用攝像機拍攝被待測物表面輪廓調製的正弦條紋圖，使用公式(I)所示方法對拍攝的正弦條紋圖進行畸變矯正，
[0008]img_rect (u, v) = img_dist (ud, vd) (I)
[0009]公式⑴中，img_rect (u, V)為矯正後圖像，(u, V)為矯正後的圖像坐標，img_dist(ud, vd)為矯正前的圖像，(ud，vd)為矯正前的圖像坐標，且Ud和vd的計算方式如公式
(2)所示,
【權利要求】
1.一種基於條紋投影的三維測量方法，其特徵在於，包括以下步驟: 步驟一:對攝像機參數進行標定，包括確定攝像機的畸變係數矩陣Kc、內部參數矩陣A和外部參數矩陣E ； 步驟二:使用投影儀向待測物投射正弦條紋圖，用攝像機拍攝被待測物表面輪廓調製的正弦條紋圖，使用公式(I)所示方法對拍攝的正弦條紋圖進行畸變矯正，img_rect (u, v) = img_dist (ud, vd) (I) 公式⑴中，img_rect (u, v)為矯正後圖像，(u, v)為矯正後的圖像坐標，img_dist(ud, vd)為矯正前的圖像，(ud，vd)為矯正前的圖像坐標，且ud和vd的計算方式如公式(2)所示,
2.如權利要求1所述的基於條紋投影的三維測量方法，其特徵在於，在步驟一中， 所述畸變係數矩陣Kc如公式(4)所示，
Kc = [k1； k2, k3, k4] (4) 公式(4)中，Ic1和k2為徑向畸變係數，k3和k4為切向畸變係數； 所述內部參數矩陣A如公式(5)所示
3.如權利要求1所述的基於條紋投影的三維測量方法，其特徵在於，在步驟二中，使用投影儀向待測物投射正弦條紋圖G的其光強分布如公式(7)所示，
4.如權利要求1所述的基於條紋投影的三維測量方法，其特徵在於，在步驟三中，假設待測點的三維空間坐標為(xw，yw, zw)，其中xw、yw平面坐標，zw為深度坐標，使用矯正後的正弦條紋圖1mg_rect(u, v)計算深度Zw的方法如公式(8)所示，
5.如權利要求1所述的基於條紋投影的三維測量方法，其特徵在於，在步驟四中使用公式(9)所示方法計算每個待測點的平面坐標(xw，yw)，
【文檔編號】G01B11/25GK103994732SQ201410235619
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月29日 優先權日:2014年5月29日
【發明者】陳錢, 馮世傑, 顧國華, 左超, 孫佳嵩, 喻士領, 胡巖 申請人:南京理工大學