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一种多视图结构光自标定方法

原长春  
【摘要】:结构光三维视觉系统作为典型的主动视觉系统,被广泛应用于工业检测、逆向工程、文物保护等领域。如何建立一种能将二维图像坐标有效地映射到三维空间坐标的数学模型,以利于视觉系统的标定更为合理便捷是结构光领域重要的研究内容。 本文主要研究一种基于多视图射影几何的自标定和度量重构方法。该方法结合射影几何中消影线、对极几何、无穷单应等理论,通过理论推导、模拟仿真和真实场景的系统自标定与度量重构实验,验证了本文提出的基于多视图结构光自标定方法的合理性和有效性。本论文研究工作及创新点主要有以下几方面: (1)构建了一种新的结构光系统模型。模型通过摄像机在三个非共线位置获取待测物图像来实现系统的自标定,并将摄像机和投影仪模型光心坐标设置为0简化了内参数矩阵,在完成度量重构的同时降低了算法的复杂度。该模型标定过程无需借助标定靶标,从而大大提高系统的自适应性。 (2)提出一种基于多视图结构光自标定算法,算法通过由投影模板条纹平面诱导的单应矩阵可确定投影仪条纹平面在第一个摄像机坐标系中的消影线。结合无穷单应理论可得到摄像机和投影仪的内参数矩阵,根据多视图几何中的对极几何理论可得出摄像机与投影仪之间的外参数关系,最后通过仿真和真实场景实验得出该算法的有效性。 (3)完成度量重构并进行了误差的对比分析。为分析本文提出的结构光自标定方法的合理性和有效性,分别采用精度较高的平面标定方法和本文提出的多视图自标定方法对结构光系统进行标定,并根据重构公式对同一待测物进行三维重构。对比分析结果表明本文提出的自标定方法与平面标定方法结果一致,能够较好地满足度量重构要求,同时具有操作简单、自适应性强,应用范围广等特点。 最后,本文对研究工作中的不足和未来研究趋势进行总结和展望。结构光三维重构技术作为精度高、重构速度快的主动视觉技术,如何在后继的研究工作中进一步减小重构误差,并提高系统的实时性和鲁棒性,扩大系统的应用范围。


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