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三维成像系统中投影镜头畸变的标定与修正研究

谢丽丽  
【摘要】:随着数字微镜器件DMD(Digital Micromirror Device)的发展,基于DMD的数字光处理(DLP:digital light processing)投影仪由于具有高对比度、高亮度、高效率及可二次开发等优点,已经越来越广泛的应用于三维测量系统中投射数字结构光条纹。由于投影仪可以当作一个光路逆向的相机,因此投影仪标定对于将单目视觉转换为双目视觉,恢复物体的三维形貌有着十分重要的意义。现有的商用投影仪并非专门面向精密的三维测量,投影仪镜头不可避免的存在由于加工和装配造成的非线性畸变,因而不能用传统的针孔成像模型来表示。在三维形貌测量尤其是视场较大的测量中,需要建立投影仪的非线性模型。标定DLP投影仪的几何参数,消除投影仪的镜头畸变,对于提高系统的测量精度具有重要的意义。通过建立投影仪的非线性模型,提出了一种基于投影和成像共光轴结构的投影仪标定方法。利用半透半反镜使投影仪的投影光轴和相机的成像光轴共轴,因此,投影仪可以真正当作一个逆向使用的相机。设计并制造了表面有圆环的标定板。通过投影仪向其投射水平及垂直方向的正弦条纹,计算每个圆环标志的中心点的相位。利用相位关系得到投影仪像素坐标系中对应点位置,进而标定投影仪的内参和外参。实验结果证明该方法可以精确的获得投影仪的相关参数。该方法的一个优点是不依赖于相机的标定,没有相机的累积误差;另一个优点就是共轴结构可以有效减小标识点提取的透视投影误差,使标定结果比普通非共轴结果更精确,尤其对于投影仪的主点位置和径向畸变系数。接下来根据标定的畸变系数,完成投影镜头畸变的图形化显示并利用双线性插值消除投影仪镜头的畸变。实验结果证明了该方法的有效性。


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