结构光三维测量系统中投影仪标定技术研究

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1、第35卷第2期光学技术VoI．35No．22009年3月OFq'ICALTECHNIQUEMarch2009文章编号：1002—1582(2009)02—0256—05结构光三维测量系统中投影仪标定技术研究韦争亮，钟约先，袁朝龙(清华大学机械工程系先进成形制造教育部重点实验室，北京100084)摘要：投影仪标定是单摄像机单投影仪结构光三维测量中的基础。采用双面标定块实现投影仪的标定。标定块正面为黑底白色圆点图案，通过Tsai两步法及非线性优化完成摄像机标定。背面为反射率均匀的白色平面，由投影仪投影双方向高亮度的直线来生成特征点。针对特征点三维坐标难以确定的问题，采用了两种方法：一是依靠摄像机标

2、定结果；二是结合正面圆点图案，利用交比不变性获取更多的有效输入数据。标定设备简单，操作方便。实验结果证明具有较理想的标定精度。关键词：三维测量；结构光；标定；交比不变性中图分类号：029；TBll文献标识码：AResearchonthecalibrationtechnique0fprojectorinstructuredlight3DmeasurementsystemWEIZheng-liang，ZHONGYue-xian，YUANChao-long(DepartmentofMechanicalEngineering，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China

3、)Abstract：Projectorcalibrationisoneofthemostbasicinstructuredlight3Dmeasurementconsistedofonecameraandoneprojeetor．Theprojectorcalibrationtechniqueisbasedondouble-facecalibrationblock．TheupsurfaceoftheblockwithpatternofwhitecircularpointsonblackbackgroundisusedtocompletecameracalibrationbyTsaitwo-st

4、epmethodandnon-linearopti—mization．Thedownsurfaceoftheblockiswhiteinuniformreflectioncondition．theprojectorprojectstwo-dimensionallinewithhighintensitytoformcharacteristicpoints．Therearetwomethodstosolvethedifficultproblemthatthethreedimensionalcoordinatesofthepointsarehardtoachieve：oneisaccordingth

5、eresultofcameracalibration，theotherisbycross-ratiowiththepatternofcircularpointsonupsurfacetogetmoreeffectiveinputdata．Thecalibrationdeviceissimple，thewhdeoperationisconvenient．Theexperimentresultsprovetheaccuracyofcalibrationissatisfied．Keywords：3Dmeasurement；structuredlight；calibration；cross-ratio

6、invariability从结构光测量技术诞生至今20多年的时间里，1引言国内外研究学者对摄像机标定技术进行了大量的研结构光三维测量技术具有非接触、高精度、高效究工作。摄像机标定的主要方法有：非线性优化技率、高分辨率的优点，被誉为最有前途的三维测量方术，直接线性方程组求解，两阶段方法，神经网络方法，可广泛应用于产品设计与制造、质量检测、医学、法等⋯1。投影仪可视为逆向摄像机，由于它属于非影视娱乐等行业。双目立体视觉采用双摄像机模仿成像设备，其标定难度高于摄像机，精度也较低。如人眼功能，从不同视角获取物体表面信息，利用视差何精确获得一系列三维坐标及其在投影平面上的二实现三维重构。结构光测量系统的

7、基本组成是计算维像素坐标已知的特征点一直是投影仪标定中的一机、投影仪和摄像机，由于用投影仪代替了双目视觉大难点。随着投影仪设备越来越广泛地应用于各类中的一个摄像机，可借助投影仪投影一系列特征点测量系统，投影仪的标定显得越来越重要。到被测物体表面，解决双目视觉中不同图像难以实本文研究的投影仪标定技术采用了一双面平板现对应点匹配的问题。为了从受到物体表面形状调标定块，正面为圆点图案，用于摄像机标定，背