物体表面三维轮廓结构光测量系统的标定方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利说明书

(10)申请公布号CN101245994A
(43)申请公布日2008.08.20

(21)申请号CN200810019813.X

(22)申请日2008.03.17

(71)申请人南京航空航天大学
地址210016江苏省南京市御道街29号

(72)发明人程筱胜戴宁廖文和崔海华

(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所

代理人柏尚春

(51)Int.CI

权利要求说明书说明书幅图

(54)发明名称
物体表面三维轮廓结构光测量系统
的标定方法

(57)摘要
一种物体表面三维轮廓结构光测量
系统的标定方法，属于三维测量方法和仪
器技术领域。它由以下步骤组成：(1)黑白
相机标定；(2)投影仪标定；(3)多平面标定
法获得整个系统所需的参数；其特征在
于：(4)所述的靶标板为彩色靶标板，并且
靶标板上的前景和背景色为两种对黑白相
机具有同样反射性能的两种颜色；(5)在第
(1)步黑白相机标定时，投射一种彩色光到
靶标板上，该彩色光和靶标板前景和背景
色两者之一相同。本发明方法相比于传统
的使用黑白靶标板具有更高的稳定性、可
靠性，提高了标定精度，在物体表面三维
轮廓结构光精确测量方面有着重要的作
用。

法律状态

法律状态公告日法律状态信息法律状态

权利要求说明书

1、一种物体表面三维轮廓结构光测量系统的标定方法，由以下步骤组成：

(1)、黑白相机标定：相机采集到用于相机标定清晰的靶标图像，利用图像图像处
理的方法，提取出靶标点的二维像素坐标，把已知的靶标点三维坐标和对应的二维
像素坐标作为靶标板在该空间位置的标定输入数据进行存储；

(2)、投影仪标定：保持靶标板在该空间位置不动，靶标板在白光的照射下，投影
仪投射黑白编码光栅条纹到靶标板上，相机采集带有光栅条纹的靶标图像，利用解
码技术获取每个像素点的编码值，根据编码值对应到投影仪内具有相同编码值的像
素坐标，获取该点在投影仪内的像素坐标，把该点的三维坐标和在投影仪内对应的
一维像素坐标作为靶标板该空间位置的输入数据进行存储；

(3)、将靶标板沿垂直于靶标板的方向精确移动一定距离，重复第(1)、第(2)步骤，
至少移动三次，将获得的多组数据作为标定输入数据，使用多平面标定方法获得相
机和投影仪最终所需要标定的参数；

其特征在于：

(4)、所述的靶标板为彩色靶标板，并且靶标板上的前景和背景色为两种对黑白相
机具有同样反射性能的两种颜色；

(5)、在第(1)步黑白相机标定时，投射一种彩色光到靶标板上，该彩色光和靶标板
前景和背景色两者之一相同。

2、根据权利要求1所述的物体表面三维轮廓结构光测量系统的标定方法，其特征
在于：所述第(3)步的多平面标定方法为Tsai的基于径向约束一致(RAC)方法。

3、根据权利要求1或2所述的物体表面三维轮廓结构光测量系统的标定方法，其
特征在于：第(5)步骤所述的投射彩色是利用投影仪完成的。

说明书

所属技术领域

一种物体表面三维轮廓结构光测量系统的标定方法，涉及计算机视觉测量领域，属
于三维测量方法和仪器技术领域，尤其涉及对结构光测量系统的标定场合。

背景技术

物体的三维测量技术在产品设计与制造、质量检测与控制、机器人视觉等领域中应
有很普遍。结构光测量技术是三维测量技术中一个很重要和发展前景的分支，测量
系统的精确标定与否是系统能否精确重建的前提和关键条件。测量系统标定就是获
取摄像机和投影仪内部的几何和光学特性，即内部参数，及两仪器的坐标系相对于
空间坐标系的位置关系，即外部参数。

结构光测量系统的标定包括两部分，一是对相机的标定，二是对投影仪的标定。对

相机的标定目前Tsai的基于径向约束一致
(RAC)[R.Y.Tsai，″AVersatileCameraCalibrationTechniqueforHigh-
Accuracy3DMachineVisionMetrologyUsingOff-the-
shelfTVCamerasandLenses，″IEEEJoumalofRoboticsAutomation.Vol.RA-3.No.4，
August1987.]最为常用，这种方法先由径向准直约束求解摄像机模型的线性参数，
然后引入非线性参数，采用迭代法求出整体的参数。对投影仪的标定目前也有了一
定的研究，最为广泛的是把投影仪当作相机的逆向模型来进行标定，标定方法和对
相机的标定类似。但是对相机和投影仪集成在一起的结构光测量系体进行标定，就
会有很多的限制条件。以圆形标志点为靶标图案，具体标定方法为：首先对相机标
定，相机采集已知坐标空间靶标点图像，通过对图像的噪声滤除，阈值分割，轮廓