本發(fā)明涉及測量技術領域，具體涉及一種基于彩色圓環(huán)標定板的光柵三維測量系統(tǒng)的標定方法。

背景技術：

向參考面投影一組具有位移的正弦/余弦光柵圖像，然后由攝像機分別拍攝得到一組圖像，由該組圖像通過相移公式計算，得到參考面的包裹相位，解相位后即可得到參考面的絕對相位。系統(tǒng)標定就是建立絕對相位與物體三維尺寸對應關系的過程，也是精確測量得以進行的前提。

目前，已有的標定方法主要存在以下問題：

1、高度表達式含除法，在運算時極易造成超高點或是無窮高點，高度還原失真；

2、標定過程依賴精密的位移裝置，用于測量參考平面的多次位移量；

3、標定板上的圖案顏色，特別是深色如黑色，嚴重影響了投影光線，進一步影響了絕對相位，導致標定不準確；

4、參考平面是一個假想平面，實際中很難測量確定，而用相位差進行的標定都需要用到參考面，導致標定精度差。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的問題是提供一種測量方便，精度高以及簡單的的基于彩色圓環(huán)標定板的光柵三維測量系統(tǒng)的標定方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為：所提供的一種基于彩色圓環(huán)標定板的光柵三維測量系統(tǒng)的標定方法，包括下述工藝步驟：

(1)利用傳統(tǒng)的棋盤格標定板單獨標定相機；

(2)設計專用標定板，標定板具體為一種平板，所述平板的上下左右分別等間距分布有彩色圓環(huán)；

(3)將設計好的專用標定板放置在三維測量視場內，首先拍攝單獨標定板圖像，然后再分別投影四步正弦光柵并拍攝，設四幅圖像為PIC1，PIC2，PIC3，PIC4；

(4)根據(jù)標定板圖像及第(1)步攝像機的標定結果，基于相機坐標系計算出標定板的平面方程，得到每個像素對應的高度；

(5)根據(jù)投影光柵后的圖像，計算包裹相位Phase＝arctan((PIC1-PIC3)/(PIC4-PIC2))，然后沿絕對相位線，向包裹相位兩邊進行逐步積分，積分公式如下：A＝O+mod((A-O+π/2),π)–π/2，A是待解相位，O是已解相位，得到每個像素點的絕對相位；

(6)多次位移標定板，重復(3)-(5)步驟，會得到多組對應關系；

(7)通過多項式擬合，標定出每個像素點高度和絕對相位的關系，所述多項擬合公式為：Zc＝a*θ*θ+b*θ+c，其中，Zc為像素點高度，a，b，c為像素點標定參數(shù)，θ為絕對相位；

(8)根據(jù)像素點高度及第(1)步標定的相機參數(shù)，計算出每個像素的橫坐標和縱坐標，利用如下公式得到Xc和Yc：[Xc,Yc,Zc]＝Zc*Ac^-1*[m,n,1]，其中m，n是每個像素的圖像坐標，Ac^-1是Ac的逆矩陣。

優(yōu)選的，所述彩色圓環(huán)的數(shù)量大于6個。

優(yōu)選的，所述步驟(7)中還可采用三次、四次或更高階的多項擬合公式。

優(yōu)選的，所述步驟(6)中步驟(3)-(5)的重復次數(shù)大于等于3次。

優(yōu)選的，所述步驟(3)中還可采用5步、6步或更多步正弦光柵圖像。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的方法不需要精密位移設備，也不需要考慮參考平面，高度表達式簡單無除法運算，也不需要考慮投影也無需考慮三維測量系統(tǒng)投影儀及攝像機位置角度等，測量方法簡單，方便，很好地實現(xiàn)了任意圖像點在攝像機坐標系下的三維標定。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明中光柵投影相移裝置圖。

圖2為本發(fā)明中標定板上彩色圓環(huán)的分布示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施方式，進一步闡述本發(fā)明。

如圖1和圖2所示，一種基于彩色圓環(huán)標定板的光柵三維測量系統(tǒng)的標定方法，包括下述工藝步驟：

(1)采用傳統(tǒng)的等間距的黑白棋盤格，單獨標定攝像機，求出攝像機的Ac及徑向畸變參數(shù)，Ac為內參數(shù)矩陣；

(2)設計彩色圓環(huán)標定板，彩色圓環(huán)要求上下和左右分別等間距，彩色圓環(huán)大小自定義，圓環(huán)數(shù)量大于2*3，彩色顏色宜淺不宜深；

(3)放置標定板在測量視場內，不投影，拍攝標定板；

(4)標定板不動，投影儀分別投影一組多步位移正弦條紋，攝像機分別拍照，如分別投影四步正弦光柵并拍攝，設四幅圖像為PIC1，PIC2，PIC3，PIC4，為了提高精度，還可采用5步、6步正弦光柵圖像；

(5)根據(jù)步驟(3)中拍攝的圖像及步驟1中標定的相機參數(shù)，基于攝像機坐標系，求出標定板的平面方程，根據(jù)平面方程，基于攝像機坐標系下的高度，計算每個像素點對應的Zc；

(6)根據(jù)投影光柵后的圖像，計算包裹相位Phase＝arctan((PIC1-PIC3)/(PIC4-PIC2))，然后沿絕對相位線，向包裹相位兩邊進行逐步積分，積分公式如下：A＝O+mod((A-O+π/2),π)–π/2，A是待解相位，O是已解相位，得到每個像素點的絕對相位θ；

(7)重復步驟3—6，共放置不同位置標定板3次及以上，計算出多組Zc與絕對相位的對應關系；

(8)對每個像素點，設高度與相位的關系式如下：Zc＝a*θ*θ+b*θ+c，如果要求更高精度，可以用三次、四次等更高階的多項式擬合公式，根據(jù)步驟7解出的Zc和θ的對應關系對，解出a，b，c的參數(shù)；

(9)對應每個像素，已知其絕對相位θ，利用步驟8標定的參數(shù)，就可以求出對應的Zc；。

(10)利用如下公式得到Xc和Yc：[Xc,Yc,Zc]＝Zc*Ac^-1*[m,n,1],其中m，n是每個像素的圖像坐標，Ac^-1是Ac的逆矩陣。

基于上述，本發(fā)明的方法不需要精密位移設備，也不需要考慮參考平面，高度表達式簡單無除法運算，也不需要考慮投影也無需考慮三維測量系統(tǒng)投影儀及攝像機位置角度等，測量方法簡單，方便，很好地實現(xiàn)了任意圖像點在攝像機坐標系下的三維標定。

顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經(jīng)改進將本發(fā)明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護范圍之內。