基于绝对相位靶的摄像机标定仿真与实验研究

摄像机标定是结构光三维传感技术中联系测量系统内外参数与三维坐标之间的重要环节.基于灰度信息提取特征点的摄像机标定方法易受图像噪声、对比度等因素的影响.提出一种基于绝对相位靶(APT)的摄像机标定方法,采用时间相位展开算法计算绝对相位,提取相位值为4π整数倍的特征点,采用局部窗口最小二乘拟合算法计算特征点的精确亚像素坐标...     

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。     

基于极线校正的亚像素相位立体匹配方法

针对双目结构投影光栅相位法三维测量系统中立体匹配的效率与精度问题,提出了基于极线校正的亚像素相位立体匹配方法。首先,通过外极线校正算法将双目立体视觉几何结构校正为平视双目标准几何结构,使匹配点对在左右相机上的成像点位于同一水平线上。然后,采用双线性内插法获取校正后新相位图像对,并提出一种基于相位区域匹配的立体匹配算法,获得初始匹配点。最后,提出采用最小二乘拟合将初始匹配点附近3×3邻域内的相似度量拟合为一个二次曲面,然后求解得到该曲面的局部最小值,得到与待匹配点相位相同的右摄像机匹配点坐标。通过对标准平板平面度进行测量与精度分析,表明该方法能够快速、准确的实现立体匹配。     

基于块匹配的激光条纹亚像素中心提取

线结构光进行三维测量时获取的结构光图像易受噪声干扰,影响了光条中心提取精度,进而限制测量系统精度。为减少噪声干扰,提高光条中心坐标提取精度,提出了一种基于块匹配的光条中心提取方法。通过骨架细化算法初步提取光条像素中心,在每个像素中心周围生成包含其邻域信息的图像块,通过块匹配寻找结构光图像中的相似光条结构,求取具有相似结构的光条中心坐标均值作为最终坐标中心。通过仿真分析和实验验证,该算法能够有效抑制图像噪声影响,提高了光条中心提取精度。     

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。     

基于相位相关和模板匹配的亚像素图像配准参数估计

针对图像配准中的亚像素参数估计问题,提出了一种相位相关和模板匹配相结合的方法。该方法先采用相位相关法进行粗配准,找到整像素平移;然后运用模板(窗口)匹配和基于最小二乘的曲面拟合法实现亚像素图像配准参数估计。通过实验表明该方法可以充分利用FFT的高效运算,达到亚像素精度。     

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。     

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。     

基于最优匹配区域的结构光系统的投影仪标定

针对现有的投影仪标定算法精度不高的问题,根据投影仪的非线性模型,提出一种基于最优匹配区域的新投影仪标定算法。首先通过试验得到最优匹配区域,然后在最优匹配区域内计算角点的局部单应性矩阵,最后采用相机标定的方法对投影仪进行亚像素级标定。实验结果表明,该方法标定过程简便,投影仪标定误差最大为0.10617 pixel,算法的执行时间为0.1907 s,系统三维重构的点云密度达9.14个/mm2。该方法只需要普通的平面标定板,操作简单,可满足高精度的三维测量系统要求。     

基于绝对相位编码的高速三维轮廓测量系统

为了实现对复杂物体三维外形的快速测量目的,首先设计了一套基于结构光的高速测量系统,该系统主要由高速投影模块和图像采集模块组成;然后采用一种基于绝对相位的编码和解码方法,实现绝对相位的测量,从而解决了复杂形体的三维测量过程中的二义性问题.最后,对所给系统进行了三维测量的实验验证,证明该系统精度可达到0.11mm,实验结果表明系统的精度和速度适合高速三维测量.     

Three-dimensional reconstruction using homocentric spherical spatiotemporal image analysis

This paper presents a new algorithm for reconstructing a scene of three-dimensional structures from an image sequence. Three-dimensional reconstruction using an image sequence, called the spatiotemporal image method, is robust against image noises. But in this method, camera motion is limited to only one direction translation. Our algorithm makes allowances for camera rotation in spatiotemporal image analysis. With this technique, the whole spatiotemporal image is transformed to spherical projection and three-dimensional structures are determined robustly using the Hough transformation. We call the technique Homocentric Spherical Spatiotemporal Image (HSSI) analysis. With HSSI, it is possible to distinguish objects with a rotating camera from a longer baseline and to measure them with much greater accuracy than previously possible. This algorithm is demonstrated through simulations and experiments with real images from a translating and rotating camera, and the three-dimensional structures in a static scene are reconstructed.     

一种适合低信噪比投影栅的时空二维相移算法

提出了一种适合低信噪比投影栅的时空二维相移算法。首先设计四步相移正弦光栅条纹图,由DLP投影仪投影到待测物体表面,再由CCD相机采集受物体形貌调制的变形条纹图;然后对其中一幅变形条纹图进行傅里叶变换以确定抽样间隔,再对4幅相移条纹图用相移法求得条纹背景和调制幅度后,对每幅变形条纹图做归一化处理;对每幅相移条纹图在空间域进行下采样抽样和灰度插值,构建相移莫尔条纹图,得到多帧时空域相移条纹图;对多帧时空域相移条纹图按时空二维相移法处理求得莫尔相位,再将莫尔相位与抽样点相位叠加求和得到变形条纹图对应的相位数据;最后,以面膜作为样品进行了实验测量,结果表明,经典四步相移法重构的物体形貌出现明显失真,而本文方法能较好恢复物体的三维形貌。     

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...     

A color phase shift profilometry for the fabric defect detection

For fabric defect identification in the textile industry, a three-dimensional （3D） color phase shift profilometry （CPSP） method is proposed. The detecting system is mainly composed of one CCD camera and one digital-light-processing （DLP） projector. Before detection, the system should be calibrated to make sure the camera parameters. The CPSP color grating is projected to the measured fabric by DLP projector, and then it is collected by CCD camera to obtain the grating phase. The 3D measurement can be completed by the grating phase difference. In image acquisition, only invariable grating is projected to the object. In order to eliminate the interference from background light during the image acquisition, the brightness correction method is researched for improving the detection accuracy. The experi- mental results show that the false rate of detecting the fabric defects is 5.78%, the correct rates of detecting the fabric defects of hole and qualified fabric are both 100%, and the correct rates of detecting the fabric defect of scratch and fold are 98% and 96%, respectively. The experiment proves that the proposed method can accurately identify fabric defects.     

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。     

数控工件三维立体扫描系统的研究

针对定位工件的三维立体扫描系统进行研究,利用摄影测量的原理对系统进行设计.系统由三套摄像机—投影仪组合构成,先通过投影仪将条纹投射到被测目标上,摄像机采集在投影中的目标图像,再对图像进行分析和计算,最后获取用点云分布图表示的被测目标的三维特征信息.对系统进行了校准和实验,结果表明该系统测量误差小,不需要移动摄像机和投影仪就可以对工件完成三维扫描,适合在数控机床上使用.     

Multiview Image Acquisition and Projection

A solution for describing both the multiview image set, obtained with a parallel camera layout, and the perceived image in a projection-type full parallax multiview imaging system with a parallel projector layout, is derived. This is done with the use of 4times4 homogenous matrices to quantitatively analyze the image quality in the system. The solution provides a means of finding properties and/or behavior of the perceived image changes depending on the viewer's position in the system. The solution can analytically describe the appearance of three-dimensional images in the space generated by the multiview image set displayed on a projection screen