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专利号: 2023111678281
申请人: 武汉工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-17
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于光栅条纹投影的相位映射高精度投影仪标定方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、搭建基于光栅条纹投影的相位映射标定系统,包括相机、投影仪和带棋盘格的标定板,其上设有多个标记点;

S2、通过相机对处于不同姿态位置的标定板进行采样,提取多幅采样图像中的标记点,得到带标记点的相机图像;

S3、投影仪对标定板连续投射带编码信息的横、竖相移条纹,后续投射互补格雷码图案,通过相机采集带相移条纹和带互补格雷码图案的图像,并进行相位解算,得到标记点附近局部区域的相位信息;

S4、根据标记点附近局部区域的相位信息进行相位平面拟合得到最佳拟合相位平面,计算各个相位点到最佳拟合相位平面的距离,若大于预设距离阈值,则删除相应的相位点,完成相位去噪;

S5、通过高斯径向基函数算法G‑RBF计算去噪后的标记点附近的局部区域中各点的高斯径向基函数值 ,其中 ,表示局部区域内各数据点 到标记点 的欧式距离, 表示高斯基函数的控制范围,并根据高斯径向基函数值计算该标记点附近的局部区域对应的相位插值,且将该相位插值映射到投影仪中作为投影仪的标记点图像,通过多个投影仪的标记点图像对投影仪进行标定,得到投影仪的内外参数;其中相位插值 的计算公式如下:其中, 是局部区域中各个点的相位数据,  ,其中 为局部区

域中的点到相应的最佳拟合相位平面的距离,n为局部区域内数据点的个数。

2.根据权利要求1所述的基于光栅条纹投影的相位映射高精度投影仪标定方法,其特征在于,该方法还包括步骤:S6、基于光束平差算法的原理,对投影仪内外参数进行联合优化,完成投影仪参数最终标定。

3.根据权利要求1所述的基于光栅条纹投影的相位映射高精度投影仪标定方法,其特征在于,步骤S2中具体采用随机抽样一致性算法RANSAC来拟合最佳拟合相位平面。

4.根据权利要求1所述的基于光栅条纹投影的相位映射高精度投影仪标定方法,其特征在于,步骤S3中,具体采用互补格雷码解相位技术获取图像相应的水平和竖直相位分布图,根据标记点位置提取其附近N×N像素的局部区域并获取像素点对应的相位信息,其中N大于等于50。

5.根据权利要求1所述的基于光栅条纹投影的相位映射高精度投影仪标定方法,其特征在于,步骤S4具体为:通过在所选标记点附近局部区域内随机采样至少三个相位点以拟合相位平面,具体基于最小二乘方法拟合,然后计算局部区域内所有数据点到拟合相位平面的距离,距离 通过以下公式计算:其中, 为待定参数, 是所选区域内各像素坐标点, 为每个坐标对应的相位值;

通过预设距离阈值 来区分内、外点,在拟合出最佳相位平面后,找出相位噪声点,距离阈值判断公式具体如下:将外点判定为相位噪声点并去除,内点判定为准确的相位点并保留。

6.根据权利要求1所述的基于光栅条纹投影的相位映射高精度投影仪标定方法,其特征在于,步骤S5中相位插值的映射过程具体为:将所得的相位插值经过如下相位映射公式映射到投影仪中:

其中, 表示相机端下的标记点 对应的横向相位, 表示

相机端下的标记点 对应的竖直相位, 表示投影仪端下的标记点 的横向相位, 表示投影仪端下的标记点 的竖直相位, 为编码条纹的视场宽度;

对获取的投影仪标记点图像,采用Zhang式标定法标定,获取投影仪内、外部参数。

7.根据权利要求1‑6中任一项所述的基于光栅条纹投影的相位映射高精度投影仪标定方法,其特征在于,标定板为17×17的棋盘格。

8.一种基于光栅条纹投影的相位映射高精度投影仪标定系统,其特征在于,包括:标记点提取模块,用于通过相机对处于不同姿态位置的标定板进行采样,提取多幅采样图像中的标记点,得到带标记点的相机图像;其中标定板为带棋盘格的标定板,其上设有多个标记点;

相位信息解算模块,用于通过投影仪对标定板连续投射带编码信息的横、竖相移条纹,后续投射互补格雷码图案,通过相机采集带相移条纹和带互补格雷码图案的图像,并进行相位解算,得到标记点附近局部区域的相位信息;

拟合去噪模块,用于根据标记点附近局部区域的相位信息进行相位平面拟合得到最佳拟合相位平面,计算各个相位点到最佳拟合相位平面的距离,若大于预设距离阈值,则删除相应的相位点,完成相位去噪;

投影仪标定模块,用于通过高斯径向基函数算法G‑RBF计算去噪后的标记点附近的局部区域中各点的高斯径向基函数值 ,其中,表示局部区域内各数据点 到标记点 的欧式

距离, 表示高斯基函数的控制范围,并根据高斯径向基函数值计算该标记点附近的局部区域对应的相位插值,且将该相位插值映射到投影仪中作为投影仪的标记点图像,通过多个投影仪的标记点图像对投影仪进行标定,得到投影仪的内外参数;其中相位插值的计算公式如下:其中, 是局部区域中各个点的相位数据,  ,其中 为局部区

域中的点到相应的最佳拟合相位平面的距离,n为局部区域内数据点的个数。

9.根据权利要求8所述的基于光栅条纹投影的相位映射高精度投影仪标定系统,其特征在于,该系统还包括:投影仪标定优化模块,用于基于光束平差算法的原理,对投影仪内外参数进行联合优化,完成投影仪参数最终标定。

10.一种计算机存储介质,其特征在于,其内存储有可被处理器执行的计算机程序,该计算机程序执行权利要求1‑6中任一项所述的基于光栅条纹投影的相位映射高精度投影仪标定方法。