一种用于结构光测量系统的投影仪标定技术

投影仪是光学三维测量系统中重要的设备,对投影仪进行标定是光学三维测量算法中的关键步骤。介绍了一种投影仪的标定方法,该方法基于传统的摄像机标定模型,借助摄像机及二维棋盘格标定板,并结合透视投影矫正方法获取投影仪标定特征点坐标,实现对投影仪的标定。该方法相对于现有的标定方法操作简便,标定成本低,有效降低了投影仪标定的复杂度。实验表明,标定精度能满足测量的要求。     

基于条纹投影轮廓术的相位-高度映射标定方法

在基于条纹投影轮廓术和转台辅助的360° 三维形貌测量中,使用移动工作台标定系统几何参数时存在操作复杂、携带不便的问题。文中提出了一种基于相机、投影仪、计算机和转台组成的转台的单目全景三维形貌测量系统的柔性标定方法。该算法主要利用转台和标记点完成系统几何参数的标定。对于完整的标定过程,该方法仅要求相机捕捉参考面的变形条纹图像、旋转后标定平面上的变形条纹图像以及旋转后的标记点图像。与传统方法相比,该方法更加方便、省时。新的相位高度映射标定方法用于重建高度为10.000 mm的标定平面,结果为10.047 mm。实验验证了所提方法的有效性。     

基于三维VR技术的小区域目标重建研究

针对当前重建目标区域缺失图像信息时局限性较大,提出一种结合三维VR技术的小区域目标重建方法。对小区域目标进行相机标定,在相机标定过程中,引入小区域目标二维图像物理参数组建相机成像模型,利用直接法求解小区域目标成像参数,结合相机标定的结果利用SURF算法对小区域目标二维图像提取特征点。寻找小区域目标图像内任意一个主方向,构成各个特征点的图像旋转不变量,以该不变量为依据利用归一化互相关方法计算出小区域目标两图像块之间的近似程度,通过对极几何的性质约束小区域目标特征匹配点计算基础矩阵,以获得的小区域目标投影矩阵和特征点的匹配关系为依据,完成小区域目标空间点的三维重建。实验结果表明该方法准确率及实用价值较高。     

光栅投影三维测量系统中标定技术的研究

相机和投影仪的标定精度决定光栅投影三维系统的测量精度。提出一种改进的标定方法。该方法在逆向相机模型的基础上对投影仪进行标定,利用相位编码法进行绝对相位展开,避免相机标定误差的引入,在标定过程中减少投影仪投射图案的数量,使标定操作更加简单、快速。在系统的标定过程中,利用投影仪投射的垂直、水平两组光栅图像,建立其与相机图像的对应关系,进而求得标志点圆心在投影仪图像上的像素坐标;然后利用带有径向畸变的相机模型对投影仪进行标定;最后进行系统的立体标定,确定相机和投影仪间的相对位置关系。实验结果表明所提方法切实可行。     

基于射影变换的结构光测量系统中投影仪标定方法

在结构光三维轮廓测量系统中,对参数的标定是测量的首要关键技术,但投影仪参数的标定目前还存在着标定精度低等问题。提出了一种简便、高精度的投影仪标定方法,该方法通过投影圆点图案到一块本身带有圆形标志点的平板上实现。根据射影变换原理建立投影仪图像和摄像机图像的基本对应关系,然后对基本对应关系的误差使用二元四次函数拟合并进行补偿的方法建立两者的准确对应关系,进而获得平板上圆形标志点在投影仪上的准确图像坐标,完成投影仪标定。仿真和实验结果表明,提出的投影仪标定方法有较高的精度,其中实验验证投影仪标定误差最大值小于0.1pixel,有效值小于0.03pixel,系统测量精度可达0.06mm。     

基于格雷码和线移编码的结构光系统标定

结构光系统标定是影响三维物体表面形状测量的关键因素,其中投影仪标定是难点问题。把投影仪当做逆向光路摄像机,采用格雷码和线移的编码方法捕获黑白棋盘标定板,得到其在"投影仪成像平面"上的像素坐标,继而采用传统的摄像机标定方法对投影仪进行标定。采用常规的双目视觉标定技术,最终完成结构光系统的标定。实验结果表明,本文方法实现简单易行,有较高的鲁棒性和标定精度。     

基于局部单应性的投影仪标定精度研究

结构光三维测量中,系统标定参数不仅是三维重建的基础,其精度对测量结果也有直接的影响,但目前投影仪标定大多存在精度不高、过程复杂等问题。为此,论文利用棋盘格标定板,采用一种基于局部单应性矩阵的投影仪标定方法,通过局部单应性矩阵将相机和投影仪图像角点坐标对应关系建立起来,把角点邻域大小转化为投射角度,对每个投射角度分别进行投影仪标定,根据实验结果综合分析选出系统最佳投射角度。介绍了系统模型及工作原理,并搭建实验系统研究了标定精度和投射角的关系,获得了最佳投射角度,并在此基础上对已知平面和复杂人脸进行三维重建,重投影误差可达0.284 356像素,证明了选取最佳投射角度可获得更高的重建精度。此分析方法不依赖相机标定实现,摆脱了具体结构尺寸的约束,具有更普遍的应用价值。     

基于光栅投影测量改进的类双目系统标定方法

系统标定是光栅投影测量系统中的关键一步。将投影仪看成相机的类双目系统标定方法具有操作简单、精度高、可靠性强的优势。在此系统标定方法的基础上,提出一种提高测量系统精度的系统标定方法。根据提取的标定板上圆标识的圆心坐标,利用计算机生成含有相对应十字标识的图像,用于相机标定,可避免圆标识轮廓对角点提取的影响,从而提高相机标定精度。同时,推导快速求取投影仪伽马的表达式用于相位校正,可建立投影仪像素与相机像素精确的对应关系,从而提高投影仪标定精度。结合投影仪和相机的标定结果,建立统一的世界坐标系完成整体系统的标定。实验结果表明:采用上述标定方法,可将投影仪和相机标定精度分别达到0.25 pixel和0.15 pixel;同时测量了一个长方体,精度达到0.142 7 mm。     

三维特征点距离特征集合求交匹配算法

对于使用锥束CT分区成像的物体,要得到其完整的三维图像,需要对各分区重建图像进行三维拼接。作为基于特征的三维拼接算法中重要的步骤之一,特征点匹配是要对图像重叠区域中检测到的特征点建立对应关系。针对目前三维SIFT特征匹配算法对于相似特征误匹配率较高的问题,提出基于三维特征点空间关系的三维特征点匹配算法:距离特征集合求交法。该算法使用求取简便的特征点三维距离特征作为特征描述符,避免了扩大特征信息统计范围时巨大的计算消耗问题,然后在匹配过程中设计了距离特征集合求交的相似性度量方法,解决了以往基于空间关系方法中特征矢量各项元素不对应的问题。实验证明:该算法在图像存在大量相似特征的前提下,能够有效提高三维特征点匹配的匹配正确率。     

基于彩色同心圆的投影仪标定算法

本文研究主动视觉系统中投影仪的平面标定方法。用固定的投影仪向画有青色同心圆的标定板上投影黄色与洋红色相间的棋盘格,用固定的摄像机采集若干幅标定板不同朝向的图像,对采集图像进行颜色通道过滤,得到投影仪标定所需的同心圆分量和棋盘格分量,结合摄像机投影仪图像之间的映射关系和同心圆的秩2约束来标定投影仪。此方法仅需用三幅图像,不仅可以标定出投影仪的所有内参数(包括倾斜参数),如果再一步深入,还可以标定出摄像机的内参数矩阵和主动视觉系统的外参数矩阵。实验结果表明本文的标定算法精度比较可观。     

时空二值编码结构光三维成像中的亚像素匹配方法

在时空二值编码结构光三维成像系统中,一个投影仪像素通常与摄像机图像坐标系的多个像素对应。为提高系统的测量精度及数据密度,提出了一种适用于时空二值编码结构光三维成像系统的摄像机与投影仪图像亚像素匹配方法。根据测量系统的二维传递函数的低通滤波特性和时空二值编码方案,对摄像机采集的图像采用时间正弦拟合的方法求解每个像素处的相位。由于该相位与投影仪图像坐标成正比关系,所以可以实现摄像机与投影仪图像的亚像素匹配。实验结果表明该方法可将系统的测量精度提高1个数量级。在相同实验条件下的测量精度与相位测量轮廓术的相当。     

基于结构光技术的动物内脏三维重建研究

针对内窥镜手术监控中二维图像三维重建的需求,对结构光三维重建中的标定和匹配中的关键技术进行改进,使用改进后的标定方法和编码策略有效重建了动物内脏目标。为减少错检,在格雷码条纹之间加入一个像素宽的红色,来判断条纹边界像素点的存在与否。使用灰度重心法可精确实现条纹边界定位。针对三步相移法标定投影仪过程中相位去包络的不稳定性问题,使用双频投影栅线法,避免了复杂易产生噪声的去包络过程。实验结果表明,使用文中提出的策略可以有效重建动物内脏目标。     

智能激光3D投影空间定位精度分析

为了解决激光3D投影定位无法兼顾高精度、实时性、智能补偿定位的问题,搭建了一种基于激光跟踪定位技术的智能激光3D投影系统,并进行空间精度分析。首先,建立激光3D投影系统数学模型;其次对激光3D投影系统进行光学中心标定,再利用投影承接部件基准点对部件坐标系进行标定,从而完成智能激光3D投影系统的标定及搭建;最后,建立智能激光3D投影定位精度模型。仿真结果显示,激光3D投影仪投影区域中间部分精度最佳,由激光跟踪测量精度引起的投影承接面投影点误差小于投影仪引起的投影承接面投影点误差。实验结果显示:在3~4 m的投影距离上,所研制的智能激光3D投影系统的投影形状及位置准确度可以优于0.3 mm。与传统的激光投影系统相比,该系统解决了大尺寸投影承接部件不能大量安装合作目标问题,使工作中无需目标反射头及校准工装,省略校准过程,当投影系统或被测部件移动或漂移时,智能化识别、解算、补偿相对位移量,保证实时、精确投影至正确位置,极大提高了投影定位系统的工作精度和定位效率。     

结构光测量系统的标定方法综述

结构光测量技术具有无接触、测量速度快、测量精度较高且成本较低等优点而被广泛应用到各个领域。结构光测量系统的精度取决于系统标定精度。综述了结构光测量系统的现有标定方法,即基于矩阵变换的摄影测量法、基于几何关系的三角测量法和多项式拟合法。摄影测量法可以进一步分为伪相机法、逆向相机法和光平面法。从误差扩散、对投影仪标定的依赖性、精密辅助标定装置、操作复杂度等方面对上述标定方法进行了对比。指出标定方法的研究趋势是从实验室方法向现场标定技术的转变,要求标定装置简单、标定过程便捷、标定时间快速且精度高。     

基于线激光和新型标定板的钢轨轮廓匹配方法北大核心CSCD

为解决钢轨轮廓检测中标定平面和激光平面不重合、钢轨轮廓难以动态匹配的问题,制作了一种阶梯型标定板,并提出基于Harris-SIFT和改进RANSAC算法的钢轨轮廓匹配方法。首先设计制作一种阶梯型钢轨轮廓标定板,能直接标定激光平面,避免了实际应用中标定平面与线激光平面不完全重合的问题。标定过程中采集最佳控制点,通过多项式变换和双线性插值进行图像校正,然后通过Harris-SIFT算法进行轮廓粗匹配,大大缩短了匹配时间,最后利用改进的随机抽样一致算法(RANSAC)进行轮廓误匹配滤除,实现了轮廓精匹配。实验结果表明,图像标定时,相对于棋盘格标定板,校正误差减小0.042 mm;轮廓匹配时,相对于传统轮廓匹配方法,改进后的轮廓匹配算法匹配运行时间快,正确率达100%。     

管道内表面圆结构光视觉三维测量系统

为保证管道运输安全,需要对管道进行定期维护和检测。采用视觉检测原理,提出了一种基于圆结构光三维视觉检测的管道内表面测量系统。针对管道内表面测量空间受限的约束,基于圆结构光视觉检测原理,提出了视觉传感器的纵向排列结构模式,并搭建了管道内表面圆结构光视觉检测系统。针对圆结构光特点,设计了圆环形平面标定靶标,实现了圆结构光检测系统的标定,并基于该圆结构光视觉检测系统对工业管道内表面进行了三维测量。实验结果表明:该系统的标定不确定度为0.081 mm,针对管道内表面,具有较高的测量精度。