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基于消隐点的线结构光测量系统标定方法线结构光测量系统在工业检测、制造业等领域具有广泛的应用。
而准确的系统标定是确保测量精度的关键环节。
本文将详细介绍一种基于消隐点的线结构光测量系统标定方法，帮助读者更好地理解和应用这一技术。
一、消隐点原理消隐点是指在空间中，当一条直线（或线段）与观察者的视线方向平行时，该直线（或线段）在视平面上消失的点。
在基于消隐点的线结构光测量系统中，通过找到光平面与测量对象的交线上的消隐点，可以确定光平面的位置和方向。
二、标定方法1.准备工作（1）搭建线结构光测量系统，确保系统光路稳定、无干扰。
（2）选择一个已知尺寸的标准平面物体作为标定对象。
（3）调整相机和激光器位置，使光平面与标定对象充分相交。
2.标定步骤（1）采集图像：在标定过程中，保持相机和激光器位置不变，调整标定对象的姿态，使其与光平面产生不同角度的交线。
通过相机采集多张交线图像。
（2）提取交线：对采集到的图像进行处理，提取光平面与标定对象的交线。
（3）寻找消隐点：在提取的交线上，找到每个角度下的消隐点。
（4）建立坐标系：以消隐点为基准，建立空间直角坐标系。
将相机坐标系、激光器坐标系和标定对象坐标系统一到该坐标系下。
（5）求解参数：根据消隐点坐标和已知标定对象的尺寸，求解线结构光测量系统的内部参数（如相机焦距、主点坐标等）和外部参数（如激光器与相机的相对位置和姿态等）。
（6）验证标定结果：通过重新采集图像并计算交线上的消隐点坐标，验证标定参数的准确性。
三、注意事项1.在标定过程中，确保标定对象的姿态调整准确，避免因姿态误差导致标定结果不准确。
2.采集图像时，要保持相机和激光器位置稳定，避免因抖动导致的图像模糊。
3.提取交线时，可以采用边缘检测、霍夫变换等算法，提高交线提取的准确性。
4.在求解参数时，可以采用最小二乘法、迭代优化等数学方法，提高标定结果的精度。
总结：基于消隐点的线结构光测量系统标定方法在实际应用中具有较高的精度和稳定性。
线结构光传感系统的快速标定方法韩建栋;吕乃光;董明利;娄小平【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2009(017)005【摘要】针对现有线结构光传感系统标定过程中对设备要求高、标定过程繁琐等问题,提出一种基于三点透视模型的快速标定方法.引入一个可自由移动的平面靶标,靶标上只需要共线且相互位置确定的3个特征点,利用共线三点建立三点透视数学模型,根据3个特征点以及光条纹在摄像机像面的成像信息,获取了光平面上标定点在摄像机坐标系下的坐标.平面靶标在视觉范围内任意移动几个位置,得到光平面上多个标定点坐标,从而确定光平面方程.实验证明,该方法平均相对测量误差约为0.72%,标定时不需要昂贵的辅助调整设备,也不需要求解坐标系之间的转换矩阵,简单、快速,适合现场标定.【总页数】6页(P958-963)【作者】韩建栋;吕乃光;董明利;娄小平【作者单位】北京邮电大学,电子工程学院,北京,100876;北京信息科技大学,光电信息与通信工程学院,北京,100192;北京信息科技大学,光电信息与通信工程学院,北京,100192;北京邮电大学,电子工程学院,北京,100876;北京信息科技大学,光电信息与通信工程学院,北京,100192;北京信息科技大学,光电信息与通信工程学院,北京,100192【正文语种】中文【中图分类】TP212.14;TP391;TH703【相关文献】1.基于共面标定参照物的线结构光传感器快速标定方法 [J], 邾继贵;李艳军;叶声华2.三维空间中线结构光与相机快速标定方法 [J], 陈文亮;董清亮;刘峰;王向军;吴凡路3.基于线结构光的三维测量系统转轴快速标定方法 [J], 李鹏飞;张文涛;熊显名4.基于单应性矩阵的线结构光测量快速标定方法研究 [J], 彭谦之;杨雪荣;成思源;吕文阁5.机器人线结构光视觉引导系统的手眼标定方法 [J], 吴庆华;万偲;李子奇;蔡琼捷思因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
结构光测量系统的标定方法综述
刘顺涛;骆华芬;陈雪梅;徐静
【期刊名称】《激光技术》
【年(卷),期】2015(039)002
【摘要】结构光测量技术具有无接触、测量速度快、测量精度较高且成本较低等优点而被广泛应用到各个领域.结构光测量系统的精度取决于系统标定精度.综述了结构光测量系统的现有标定方法,即基于矩阵变换的摄影测量法、基于几何关系的三角测量法和多项式拟合法.摄影测量法可以进一步分为伪相机法、逆向相机法和光平面法.从误差扩散、对投影仪标定的依赖性、精密辅助标定装置、操作复杂度等方面对上述标定方法进行了对比.指出标定方法的研究趋势是从实验室方法向现场标定技术的转变,要求标定装置简单、标定过程便捷、标定时间快速且精度高.【总页数】7页(P252-258)
【作者】刘顺涛;骆华芬;陈雪梅;徐静
【作者单位】成都飞机工业(集团)有限责任公司制造工程部,成都610092;清华大学机械工程系,北京100084;成都飞机工业(集团)有限责任公司制造工程部,成都610092;清华大学机械工程系,北京100084
【正文语种】中文
【中图分类】TN247
【相关文献】
1.结构光测量系统的投影仪标定方法研究 [J], 徐鸣华;施天敏;王颖;李锋
2.线结构光与CMM集成测量系统一体化标定方法 [J], 李硕;杨雪荣;成思源;张湘伟
3.双摄像机结构光三维测量系统自标定方法 [J], 范剑英;王洋;武利伟;王安;倪岳松
4.基于线结构光的三维测量系统转轴快速标定方法 [J], 李鹏飞;张文涛;熊显名
5.单摄像机单投影仪结构光三维测量系统标定方法 [J], 耿楷真;高治华
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八参数结构光标定 导语：光学测量技术在现代工业领域中扮演着重要的角色，而八参数结构光标定作为一种常用的测量方法，被广泛应用于三维形貌测量、机器人导航、虚拟现实等领域。本文将从原理、步骤、优缺点等方面介绍八参数结构光标定的相关知识，以帮助读者更好地理解和应用该技术。
一、原理 八参数结构光标定是一种基于相机和投影仪的三维形貌测量方法。其原理是通过将结构光投影到目标物体上，利用相机拍摄被投影的结构光图案，并通过图像处理算法提取出结构光的位置信息，从而计算出目标物体的三维坐标。该方法利用了相机和投影仪之间的几何关系，通过标定相机和投影仪的内外参数，实现了对目标物体的三维测量。
二、步骤 1. 设置实验装置：将相机和投影仪固定在一定的位置，并保持相机和投影仪的光轴平行且重合。 2. 生成结构光：通过投影仪生成特定的结构光图案，如条纹、格点等，保证结构光图案清晰可见。 3. 拍摄图像：用相机拍摄被投影的结构光图案，保证图像清晰、无畸变。 4. 图像处理：利用图像处理算法提取出结构光的位置信息，得到相应的二维坐标。 5. 标定相机：通过已知的三维坐标和相应的二维坐标，计算相机的内外参数。 6. 标定投影仪：通过已知的三维坐标和相应的二维坐标，计算投影仪的内外参数。
三、优缺点 1. 优点： (1) 非接触式测量：光学测量无需接触目标物体，避免了传统测量方法可能带来的损伤和污染。 (2) 高精度：八参数结构光标定通过标定相机和投影仪的内外参数，可以实现较高的测量精度。 (3) 快速测量：相比传统的测量方法，结构光测量速度更快，可以在短时间内获取大量的测量数据。 (4) 应用广泛：八参数结构光标定可用于三维形貌测量、机器人导航、虚拟现实等多个领域。
2. 缺点： (1) 灵敏度受限：由于光照条件、目标表面反射性等因素的影响，光学测量可能受到一定的干扰。 (2) 需要辅助设备：八参数结构光标定需要相机、投影仪等设备的配合，增加了设备的成本和使用的复杂性。
结构光技术解析及应用作者：蔡赞赞来源：《中国新通信》 2018年第11期一、引言多年来，手机摄像头一直都处于二维平面的发展，大家都专注于拍照效果，对焦速度的优化。
随着苹果iphoneX 的发布，点爆了3D 摄像头的趋势，把手机摄像头从二维世界带入三维世界。
结构光技术是一种获取三维图像的方法，其基本思想是通过向物体投射经过编码的光线，当基准光栅条纹投射到目标物表面时，物体表面凹凸不平，编码光线发生了畸变。
通过计算光线中标志信息的位移量，或畸变量等计算因素，计算出所测物体的深度信息。
三维深度信息的带入，使得手机摄像头的可玩性变得越来越高。
手机的“人脸解锁”使手机变得更加智能，你只需要看手机一眼它就打开了；Animoji 也是一款有趣的应用，把整个人脸表情带入三维动画。
3D 的摄像头的方案多种多样，包括TOF, 结构光，双目视觉等，结构光以其高精度/ 小尺寸的特点，更加有利于手机端的应用。
本文主要介绍散斑结构光，编码结构光这两种手机端主流的结构光技术，其具体的器件组成及实现原理。
二、散斑结构光激光散斑具有高度的随机性，而且随着距离的不同会出现不同的图案，在同一空间中任何两个地方的散斑图案都不相同。
只要在空间中打上这样的结构光然后加以记忆就让整个空间都像是被做了标记，然后把一个物体放入这个空间后只需要从物体的散斑图案中特征点的位移量，通过三角测量法可计算出所测物体的深度信息。
1、器件组成。
散斑结构光的主要器件包括：VCSEL 激光器、DOE、接收芯片。
VCSEL 全名为垂直共振腔表面放射激光(Vertical CavitySurface Emitting Laser, VCSEL)，简称面射型激光，是一种垂直表面出光的新型激光器。
DOE(Diffractive Optical Elements)是一个单一光学元件，可将入射光束分散成无数个光束再射出。
利用衍射原理在元件表面制备一定深度的台阶（光栅），光束通过时产生不同的光程差。
---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 路面自动检测系统中结构光标定技术的研究近几年来，随着交通基础建设投资力度的加大，我国公路通车里程逐年快速增长。
可以预见，与我国公路建设的快速发展相对应，未来一段时期内大量的原有路面需要维修改造，以保持良好的路用性能。
随之，精确、快速的路面检测系统及方法受到了世界各国的关注。
本文在了解路面检测装置的基础上，介绍了三维结构光检测系统的原理并对其主要技术：摄像机的标定方法和光平面的标定方法做了详细的阐述及研究。
针对三维结构光检测系统主要技术的研究，本文主要进行了以下几个方面的工作：1.本课题使用MATLAB实现了一种简便的摄像机参数的标定方法。
先由四个标定点的坐标计算出透视投影矩阵，从而计算出标定模板上其它节点的图像坐1 / 10标，之后进行内部参数和外部参数的计算。
此方法具有易于实施、速度较快、精度较高等特点，是一种简便实用的方法。
2.用MATLAB标定结构光系统，详细介绍了几种角点提取方法原理，并选择其中一种harris角点提取方法，再对其角点最小二乘法拟合。
再使用MATLAB提取光条中心直线并且也进行最小二乘法拟合。
最后介绍几种结构光系统标定法，选择其中的交比不变法得到最后的光平面方程。
7347关键词路面检测；三维结构光；结构光系统标定；角点提取；摄像机标定毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleThe Technology Research Pavement Automatic Detection Device Of Structure Light 3D Detection CalibrationAbstract---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------In recent years, the transportation infrastructure investment, the strengthening our country road traffic mileage fast growth year by year.First of all, on the road detection device about composition, and then introduced three dimensional structure light detection system principle.Then introduce the camera calibration method. This topic use MATLAB a simple parameters of the camera calibration method. First by the four standard of the designated coordinate calculation of perspective projection matrix, which calculate calibration template other nodes image coordinates, the internal and external parameters after parameters. This method is easy to implement and speed, precision is higher characteristic, is a kind of simple practical method.3.3 摄像机标定实验133 / 103.3.1 MATLAB简介143.3.2 摄像机模型143.3.3 标定模版153.3.4 摄像机标定过程153.3.5 摄像机标定结果183.4 本章小结19第4章光平面标定204.1 线激光路面车辙检测技术20 4.2 光平面标定概述224.2.1 图像预处理224.2.2 交比不变法23---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 4.2.3 光平面标定实验方法244.3 光条中心提取实验254.3.1 实验装置254.4 结构光光平面标定实验274.5 本章小结29结论30致谢31参考文献32第1章绪论1.1 课题背景5 / 101.1.1 研究目的和意义近几年来，随着交通基础建设投资力度的加大，我国公路通车里程逐年快速增长。
一种结构光三维扫描系统新标定方法袁建英;郭进;王玮;陈为民【期刊名称】《计算机应用与软件》【年(卷),期】2013(030)003【摘要】结构光三维扫描系统需要借助精密的人工参照物进行标定,参照物的制作成本高且标定步骤复杂.针对此,提出一种新的标定方法.通过人工编码标记圆获得标定需要的同名点,采用因子分解方法得到射影空间下相机的投影矩阵和空间物点坐标,再借助旋转矩阵的单位正交性与绝对二次曲面秩为3的特性,将射影空间升级至欧式空间,并利用光束法平差进行全局优化.大量真实实验表明,所提出的标定方法稳定可靠,可达到和精密平板靶标同等的精度,并且硬件成本大大降低.%Structured light 3D scanning system needs to use delicate artificial reference to calibrate, but the reference costs a lot in making and the calibration process is complicated as well. To solve this problem, a new calibration method is proposed. In the method, the corresponding points needed by the calibration are generated by using the circles with artificial coding. The factorisation method is used to compute camera projection matrix and spatial object coordinates in projective space, then with orthogonality of the rotation matrix and rank 3 of the absolute quadric as constraint, the projective space is upgraded to Euclidean space, and the bundle adjustment is used to carry out global optimisation. A great deal of real experiments show that the proposed method is stable and reliable, andcan achieve same precision level as the result using delicate plate target but with much lower hardware cost.【总页数】3页(P151-153)【作者】袁建英;郭进;王玮;陈为民【作者单位】昆明学院自动控制与机械工程学院云南昆明650214【正文语种】中文【中图分类】TP301【相关文献】1.一种基于机器视觉的结构光三维扫描系统 [J], 刘萍坚;王员根;徐培2.一种新的基于结构光的三维视觉系统标定方法 [J], 徐光祐;刘立峰;曾建超;石定机3.相机投影仪结构光三维扫描系统标定 [J], 周波; 刘小飞; 李明杰4.相机投影仪结构光三维扫描系统标定 [J], 周波;刘小飞;李明杰5.一种三维激光扫描系统及点云标定方法 [J], 黄陆君;虞静;涂朴因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
一种简化的线结构光视觉传感器现场标定方法用线结构光视觉传感器进行物体轮廓测量在非接触测量中变得越来越重要。
其中，线结构光视觉传感器的标定是线结构光视觉测量的关键。
论文根据现有的标定方法，提出了一种基于方框形圆点靶标的标定方法，并给出了数学模型。
经过实验其精度满足普通测量要求。
【Abstract】The contour measurement by using the light visual sensor in line structure is becoming more and more important in non-contact measurement. The calibration of line structure optical vision sensor is the key of line structure optical visual measurement. Based on the existing calibration method，this paper presents a calibration method based on the block shaped dot target，and gives a mathematical model. The accuracy of the experiment is met with ordinary measurement.标签：线结构光；视觉传感器；现场标定方法1 研究现状目前，针对线结构光的视觉测量模型，提出了许多线结构光传感器的标定方法。
主要有Dewar R提出的拉丝标定法[1]，段发阶等提出了锯齿靶法[2-3]，Huynh、徐光祐和魏振忠分别提出了利用交比不变性原理获取光平面标定点的标定方法。
周富强、张广军等人提出了基于平面参照物的标定方法，简化了标定设备，适合现场标定，但每次标定时需多次改变激光光条与平面标定参照物的位置，增加了标定的复杂度。
第１６卷第４期２００８年４月
光Ｏｐｔｉｃｓａｎｄ学精密工程
ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖ０１．１６Ｎｏ．４
Ａｐｒ．２００８
文章编号１００４—９２４Ｘ（２００８）０４—０６１７—０７应用市售设备的结构光系统模型及标定
吴海滨，于晓洋（哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院，黑龙江哈尔滨１５００８０）
摘要：建立了基于市售数码相机和投影仪的结构光三维测量系统，研究了系统的数学模型、标定方法及镜头畸变校正方法。在射影几何矩阵模型和三角法解析模型的基础上，结合市售设备内部结构参数精度高、工作稳定的特点，建立了实用数学模型。提出一种借助数码相机赋予投影仪“视觉”功能，向标定模板投射正交格雷码图案，从而确定数字微镜（ＤＭＤ）像面点和空间标准点对应关系的投影仪标定方法。最后，作为上述数学模型的基础，设计了基于共线特征的校正模板，采用图像法将数码相机镜头畸变参数分离于系统参数之外单独标定。实验结果表明：仿真系统测量相对误差约为０．２％；实际系统测量相对误差＜ｏ．７％。结果验证了方法的可行性，重构的复杂表面具有良好视觉效果。关键词：结构光；数学模型；标定；投影仪；数码相机；镜头畸变中图分类号：ＴＨ７４１；ＴＨ７０３文献标识码：Ａ
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｌｉｇｈｔｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌｕｓｉｎｇ
ｏｆｆ－ｔｈｅ－ｓｈｅｌｆｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｎｄｉｔｓｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ
ＷＵＨａｉ—ｂｉｎ．ＹＵＸｉａｏ—ｙａｎｇ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ—ｃｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．ＨａｒｂｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｔＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００８０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｄｅｖｅｌｏｐｆｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｌｉｇｈｔ３Ｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｏｆｆ－ｔｈｅ－ｓｈｅｌｆｄｉｇｉｔａｌｃａｍｅｒａａｎｄｐｒｏｊｅｃｔｏｒ。ａｓｙｓｔｅｍｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ，ａｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅａｎｄｌｅｎｓｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｃｏｒｒｅｃ－
ｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｏｆｆ－ｔｈｅ－ｓｈｅｌｆｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｓｕｃｈａｓ
ｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒｎａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｓｔｅａｄｙｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ａｕｔｉｌｉｔｙｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ
ｂａｓｅｄｏｎｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｇｅｏｍｅｔｒｙｍａｔｒｉｘｍｏｄｅｌａｎｄｔｒｉｇｏｎｏｍｅｔｒｙａｎａｌｙｔｉｃａｌ
ｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ａｃａｌｉ—
ｂｒａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｆｏｒｐｒｏｊｅｃｔｏｒｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｉｎｗｈｉｃｈｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏ－
ｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ（ＤＭＤ）ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙｐｏｉｎｔｓａｎｄｓｐａｃｅｓｔａｎｄａｒｄｐｏｉｎｔｓｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｉｎｔｈｅｐｒｅｓｅｎｃｅｏｆｔｈａｔｔｈｅｄｉｇｉｔａｌｃａｍｅｒａｃｏｕｌｄｅｎｄｕｅｐｒｏｊｅｃｔｏｒｖｉｓｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｃｏｕｌｄｐｒｏｊｅｃｔｏｒｔｈｏｇｏｎａｌＧｒａｙｃｏｄｅｐａｔｔｅｒｎｏｎｔｏｔｈｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｂｏａｒｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ
ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｂｏａｒｄｂａｓｅｄｏｎｃｏｌｌｉｎｅａｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｗａｓ
ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎｄｔｈｅｃａｍｅｒａ１ｅｎｓｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｅｐａｒａｔｅｄｆｒｏｍｓｙｓｔｅｍｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗａｓｃａｌｉｂｒａｔｅｄｓｅｐａｒａｔｅｌｙｂｙｉｍａｇｅｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｒｅｌａｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｅｒｒｏｒｏｆｓｉｍ—ｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓａｂｏｕｔ０．２％ａｎｄｔｈａｔｏｆｒｅａｌｓｙｓｔｅｍｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ０．７％．Ｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｐｒｏｐｏｓｅｄ
收稿日期：２００７—１０—１５；修订日期：２００７－１２—１０．基金项目：国家自然科学基金资助项目（Ｎｏ．６０５７２０３０）；教育部博士学科点专项科研基金资助项目（Ｎｏ．２００５０２１４００６）；黑龙江省教育厅海外学人基金资助项目（Ｎｏ．１０５５ＨＺ０２７），哈尔滨市科技攻关计划资助项目（Ｎｏ．２００５ＡＡＩＣＧｌ５２）Ｉ黑龙江省研究生创新科研基金资助项目（Ｎｏ．ＶＪＳＣＸ２００５—２３８ＨＬＪ）
万方数据６１８光学精密工程第１６卷
ｓｃｈｅｍｅｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｓｕｒｆａｃｅｓｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｂｙｒｅａｌｓｙｓｔｅｍｈａｖｅａｇｏｏｄｖｉｓｕａｌｅｆｆｅｃｔ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｌｉｇｈｔ；ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ；ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ；ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ；ｄｉｇｉｔａｌｃａｍｅｒａ；ｌｅｎｓｄｉｓｔｏｒ—ｔｉｏｎ
引言编码结构光三维测量技术得到了不断丰富和发展，在工业制造、土木工程、医学、考古等领域的应用研究越来越广泛，因此对该技术也提出了更新的要求，同时催化了一些相关关键技术的发展，如数码相机、投影仪建模、标定，图像处理技术等Ｅ１－３３。与点、线结构光系统不同，编码结构光系统多采用市售设备组建开发，如用数码光路处理器（ＤｉｇｉｔａｌＬｉｇｈｔＰｒｏｃｅｓｓｏｒ，ＤＬＰ）投影仪替代激光器、用数码相机替代摄像机。一方面，作为产品，这些设备具有良好的制造工艺，因此可保证其内部高精度的光学结构，同时具有像元几何位置精度高、速度快、稳定、体积小、操作简便等优点，且内置了一些图像处理技术，提高了图像质量；另一方面，这些设备的内部具体结构与设备参数一般不随设备提供。系统模型建立是否合理，未知参数标定是否准确，直接关系到系统三维测量精度和适用范围。如何改进结构光系统数学模型，以高效率地适用于采用数码相机和投影仪组建的编码结构光系统，提出实用的标定方法和图像处理技术，是本文的主要研究内容。２结构光系统数学模型系统模型主要有基于三角法的解析模型和基于射影几何的矩阵模型两种。三角法模型简化了不必要参数，直观地反映了系统设备相互位置关系、具有易计算和控制误差因素的优点，因此在点、线结构光系统中较多采用。同时，空间被测点坐标依赖于精确的系统内外参数，为满足三角法原理。需严格限定系统中各设备的位置。在采用投影仪和数码相机组建的结构光系统中，设备的内部参数和设备间的精确位置关系较难确定，因此矩阵模型较为实用。Ｔｓａｉ的两步法摄像机标定被广泛认可后，建立并逐步完善了结构光系统数学模型Ｅ４－ｓ３。如图１所示，在忽略镜头畸变的前提下，摄像机和投影仪可视为小孔模型，其坐标系原点均定义在透镜镜头的光心；图像坐标系的原点分别定义在ＣＣＤ和数字微镜（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏ－ｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ，ＤＭＤ）平面的中心。以摄像机为例，空间点Ｐ的世界坐标（Ｘ”，ｙ”，Ｚｗ）与图像坐标（Ｕ。，扩）存在式（１）的转换关系：
ｔａｎ口·＾鼻Ｏ“；１勘；ｌ［Ｒｃ，ｒ］１ｊＸ”ｙ”Ｚ”１（１）式中，＾为透镜“方向的焦距，以为透镜口方向的焦距。Ｒ。是旋转矩阵，ｒ是平移矩阵。ｔａｎ口·＾表示主光轴和ＣＣＤ像面不完全正交导致像面Ｕ轴和口轴夹角倾斜形变口。ＤＭＤＣＣＤ图１结构光系统Ｆｉｇ．１Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｌｉｇｈｔｓｙｓｔｅｍ在式（１）基础上，图像坐标系中的距离以像素序数计，因此Ｕ。＝ｎ。·ｄｉ，矿＝优。·彩，其中，ｎ。和ｍ。分别为图像点列序数和行序数，哦和彩分别为ＣＣＤ像素的宽度和长度；又摄像机焦距可表示为片＝（Ｎ。／２）·前·ｃｔａｎ席，舅＝（ＭＶ２）·彩·ｅｔａｎ任，其中，Ｎ。和”分别为ＣＣＤ的列数和行数，历和屉分别为水平和垂直方向视场角的二分之一；再令挖５＝ｕｇ／ｄｉ，优３一惦／ｄｌ，（挖；，仇５）为主点在ＣＣＤ像面上的像素位置，则得到本文模型：ｍ㈨∞＝１Ｉ叫Ｉｊ
陀
㈨ＵＺ
万方数据第４期吴海滨，等：应用市售设备的结构光系统模型及标定６１９
Ｚｃ臣。］＝［‘胪／２’５ｎａｎ席。影三二乏∑毫
基于数码相机良好的制造工艺，式（２）中，若忽略主光轴与ＣＣＤ像面间的两个位置误差因素，ＺｃＥ。］＝［‘Ｎ吖２’三醴ａｎ犀Ｘ”ｙ”Ｚ…１（２）即二者不垂直和二者交点不在ＣＣＤ像面中心，则模型可简化为：
（Ｍｃ／２）０．ｃｔａｎ刚１卜州Ｉ模型简化后，内部参数只关心水平、垂直方向上数码相机的视场角和ＣＣＤ的像素总数，相对焦距和ＣＣＤ像素尺寸等参数，更易通过实验方法标定。由于模型复杂程度降低、提高了标定中迭代步骤的稳定性。ＤＬＰ投影仪以ＤＭＤ作为成像器件，是一种反射式投影技术。普通ＤＬＰ投影仪用一片ＤＭＤ芯片，优点是外型小巧。光源发出的光经色轮料］＝［（”尼’∥所式中，矿和优一分别为ＤＭＤ像素的列序数和行序数，Ｎｅ和Ｍｐ分别为ＤＭＤ像素的列数和行数，口和Ｊ９２分别为水平和垂直方向投射角的一半，（力ｇ，ｍｏｐ）为主点在ＤＭＤ面上的像素位置。同理，式（４）忽略了投影仪主光轴与ＤＭＤ面不垂直导致的误差项ｔａｎ口·一。投影仪图像一般高于其主光轴，如图２所示，因此采用离轴投射，故式（４）中主点坐标（珂ｇ，ｍＳ）中仇ｇ不为零，甚至超出ＤＭＤ芯片。此外，根据交比不变性，图２中，垂直方向的图像尺度Ｌ。＝Ｌ：，但焦距、视场角、像素数在垂直方向不再满足式（４）关系。因此，投影仪实际模型应以式（５）表示。乃臣］＝［‘Ⅳ／２’５咖历虽；］ｌｘｗ啤删Ｉ≥ｌ气（５）根据数码相机和投影仪的数学模型，式（３）中第１，２行约去Ｚ。后得到两个方程，式（５）中第１Ｘ”ｙ”Ｚ”１（３）（ＲＧＢ三基色组成）投射到ＤＭＤ表面，每个微镜为一个像素，以每秒几千次的速度转动，反射入射光，且在脉宽调制信号作用下具有控制反射时间的开关能力。多柬反射光经透镜投射出不同亮度的彩色或灰度图像。投影仪与数码相机光路的倒置类似，其数学模型可用式（４）表示；
咒９１优８Ｉ［Ｒ一，ｐ］１ｊＸ”Ｙ’．口１（４）行约去汐后得到一个方程，再结合式（６），即可由（ｎ。，ｍ。）结合结构光系统内外参数求取被测点世界坐标：矿＝ｇ［垂（仇。，ｎ。），Ｎ９］，（６）其中，数码相机图像采样点编码值转化的十进制数为圣（理。，研。），ｌ为编码图案总数。式（６）中矿和Ｎ一是线性关系，代入到式（５）第一行方程中可约去Ｎ一。／／。么二．——≮－塍ｊ．图２投影仪模型Ｆｉｇ．２Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒｍｏｄｅｌ１ＪｒＲｒＬ蹒瞒●应ｎａＣＯＯ、，２／Ｍ
