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。     

一种用于结构光三维测量的空间标定方法

提出了一种全空间标定方法,可用于快速高精度 的三维测量。液晶屏作为标准平面显 示二维光栅以及被投射一维光栅,通过固定在平移台上在测量空间Z方向进行 移动,相机抓 拍光栅,计算截断相位后,建立截断相位和三维空间的坐标关系。通过改变光栅频率可实现 空间尺寸的标定,从而实现全空间的标定。测量时,计算出截断相位,通过查表索引可快速 得到物体的空间坐标信息。搭建了标定系统,并用测量实验验证了标定算法的有效性。     

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。     

结构光测量中分区域相位误差补偿方法研究

基于结构光的主动视觉测量技术因具有诸多优点在工业测量领域得到广泛应用,而投影仪和相机组成的测量系统的Gamma非线性、系统抖动以及噪声等因素,均易导致相位和三维测量结果出现较大误差。针对测量系统出现的Gamma非线性问题以及投影仪亮度分布不均匀导致Gamma值不同,投射单一灰度的图像于表面光滑的均匀白板,利用灰度特征对采集图像进行分区和直方图统计,建立不同区域的模型后,进而完成对初始相位的补偿。在求解相位之前,为避免系统抖动和噪声影响相位误差对图片进行预处理。将该方法应用于实际测量中,相位精度和测量精度大幅提高,该方法比已有的消除Gamma非线性影响的方法更简单方便。     

基于绝对相位标靶的线阵相机标定方法

针对当前线阵相机几何标靶标定精度不足的问题,提出了一种基于绝对相位标靶的线阵相机标定方法。针对线阵相机成像特点,设计了结合相位与格雷码的绝对相位编码标靶。标定时首先由线阵相机获取标靶图像,计算标靶的绝对相位;然后在空间不同位置处摆放标靶,采用辅助面阵相机获取标靶间的相对位置关系,建立线阵相机图像与空间点的精确对应关系;最后采用两步法标定获取线阵相机内两相机间的坐标变换关系。仿真与实验结果表明：标定的最大重投影误差为0.089 pixel,与现有方法相比降低了79.78%,所提方法具有良好的抗噪、抗离焦性。     

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。     

一种抑制相位测量轮廓术数字化误差的方法

在采用数字光投影仪(DLP)的相位测量轮廓术(PMP)系统中,DLP投射的光栅信号实质上是对正弦模拟光栅信号的数字化,数字化过程不可避免地影响PMP的精度,本文提出一种通过连续相移多周期的相位测量来抑制数字化过程引起的误差的新方法.实验结果表明,该方法对各种相移步数的PMP均有抑制数字化误差的能力,特别在五步相移轮廓术采用三周期相移时数字化误差抑制能力最佳.     

基于连续相位稠密匹配的结构光三维重建优化方法

提出了一种基于连续相位稠密匹配的结构光三维（3D）重建优化方法。利用标定的相机阵列获取投影的结构光变形条纹,利用格雷码划分相位级次,提出等相位约束条件,实现不同相机图像之间的稠密匹配;然后利用空间3D点与相机阵列之间的投影关系,建立各相机位姿与重建点云全局优化模型;利用观测值反向投影的欧式距离建立非线性优化的目标函数,并将此优化问题转为李代数上的图优化模型进行迭代求解。利用公开数据集和实测数据进行实验,结果表明,所提方法可以实现360°无遮挡的3D重建,且重建精度相对传统无优化结构光方式提高了6.94%,相机位姿精度提高了9.77%。所提方法相比参考方法对相机畸变标定精度要求低,并可用于模型点云的非刚体融合。同时由于相机阵列的使用,重建过程中目标物体无需多次旋转,使得物体的3D重建更加方便。     

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。     

基于数字条纹投影的三维形貌测量技术研究与实现

根据投影机和照相机的光学成像原理,借用双Ig测量系统的标定方法搭建了一套测量精度高、标定过程自动化的基于数字条纹的三维形貌测量系统,并采用最新的相位展开技术用较少的条纹图像完成相位展开,通过对人脸石膏像进行测量实验,验证了系统模型和测量方法的正确性。     

正交条纹级次分区域预编码校正Gamma非线性方法

数字投影仪的非线性响应是近年来研究的热点问题,因为数字投影仪虽然能避免物理光栅投影的各种缺陷,但其自身的非线性直接影响了输出信息,是相位误差的主要来源,进而影响了测量精度。针对数字条纹投影三维测量中存在的Gamma非线性和不同区域Gamma值并不一致的问题,提出一种通过正交条纹级次分区域预编码校正Gamma非线性方法,通过正交条纹划分区域,对每个区域使用多项式拟合计算预编码值校正该区域条纹图像。使用该方法校正后相位误差减少了82.24%,适用于任意投影仪与相机之间的位置关系,只需要精细化计算一套分区域预编码系数并由此生成编码条纹图,即可满足该系统此后的测量需求,该方法灵活性强、精确度高。     

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。     

基于单频四步相移条纹投影的不连续物体三维形貌测量

提出了基于单频四步相移条纹投影的不连续物体三维形貌测量方法。由计算机产生相移步长为π/2的4幅正弦条纹图像,利用液晶投影仪投影到被测物体表面,由CCD相机同步采集获得含有形貌信息的畸变条纹图并保存在计算机中,通过四步相移算法获得条纹相位信息。对于表面形貌不连续的物体,通过4幅畸变条纹图灰度算术和运算并进行二值化处理定位阴影或暗背景,利用二值图像修正解调的相位从而得到正确相位。实验结果验证了本方法的有效性。     

条纹投射技术中的投影机非线性自校正方法研究进展

在条纹投射技术中,投影机光强非线性是影响测量精度的关键因素之一。投影机非线性会在条纹信号中引入高阶谐波,从而导致位相测量结果中出现波纹状误差。投影机非线性的自适应校正方法,也即自校正方法,可以从测量数据中直接估计投影机输入输出光强曲线或位相误差函数,从而避免了繁琐的前标定过程,并因此在应用中具备很强的适应性。文中拟对投影机非线性自校正算法的研究进展作一个系统性的概述。这些方法中,其一,是从采集的条纹图像中利用迭代拟合算法直接估计投影机的非线性曲线,并依据其校正位相误差;其二,是从单幅测量位相图中识别并移除由非线性引起的位相误差;其三,是利用两幅不同频率的测量位相图估计误差系数,并补偿其影响。实际测量结果表明:上述自校正方法,在无需标定数据条件下,可以有效地解决投影机非线性误差问题,有助于提高条纹投射技术的测量精度。     

基于数字光栅投影的浮法玻璃缺陷检测方法研究

提出了一种基于数字光栅投影的浮法玻璃缺陷检测方法。由数字投影仪投射的光栅条纹经过玻璃带在背景平面上成像,用位于玻璃带上方的高速相机采集受到玻璃带表面调制的图像,再由计算机对采集到的缺陷图像进行相位提取和重建,得到受玻璃缺陷调制的离面位移分布图,并计算求出玻璃带表面的屈光度。以检测难度较大的光畸变缺陷为例,验证了本文方法的可行性。实验结果表明,本文方法能检测光学变形较小的缺陷,检测精度可以达到0.1mm。     

A complementary binary code based phase unwrapping method

Phase unwrapping is used to establish the mapping relationship between camera and projector, which is one of the key technologies in fringe projection profilometry(FPP) based three-dimensional(3D) measurement. Although complementary Gray code assisted phase unwrapping technology can get a good result on the periodic boundary, it needs more coded images to obtain a high frequency fringe. Aiming at this problem, a complementary binary code assisted phase unwrapping method is proposed in this paper...     

3D形貌测量中一种基于主成分分析的单帧投影栅算法

将主成分分析(PCA)引入投影栅形貌测量中,提出 了一种基于PCA的单帧投影栅算法。由计算机生成正弦条纹图,利用DLP投影仪投影到 被测物体表面,由CCD相机采集受物体 形貌调制的畸变条纹图并保存在计算机中进行处理。首先由采集的变形条纹图构成5帧 空域相移图;然后将多帧相移条纹图分解成不相关的主成分,由第1和第2主成分利用反正 切函数计算得到变形条纹相位信息;最后根据条纹相位的单调性,采用聚类分析法确定相位 全局符号。实验结果表明,本文算法无需确定相移量就可直接解调出与物体形貌对应的相位 数据,运算速度快,测量精度高,适用于在线三维形貌测量。