基于平面鏡和標(biāo)定板的遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法與流程

本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法，尤其涉及一種基于平面鏡和標(biāo)定板的遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法。

背景技術(shù)：

結(jié)構(gòu)光測(cè)量是圖像測(cè)量中一種重要的測(cè)量方法。對(duì)于由相機(jī)和投影儀搭建的結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)，其中標(biāo)定相機(jī)和投影儀各自的內(nèi)參以及投影儀和相機(jī)之間的位置關(guān)系是結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的首要步驟，且從根本上影響測(cè)量精度。對(duì)于遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的相機(jī)和投影儀的光軸夾角小(甚至平行)，聚焦面遠(yuǎn)離相機(jī)和投影儀，導(dǎo)致相機(jī)視角區(qū)域與投影儀視角區(qū)域重疊形成的遠(yuǎn)焦重疊區(qū)域距離相機(jī)和投影儀都較遠(yuǎn)，為了能夠檢測(cè)到設(shè)置在遠(yuǎn)焦重疊區(qū)域中的標(biāo)定板上的標(biāo)志點(diǎn)，并達(dá)到一定的檢測(cè)精度，標(biāo)定板及上面的標(biāo)志點(diǎn)的尺寸要求足夠大，從而造成成本增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于平面鏡和標(biāo)定板的遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法，在保證標(biāo)定精度的前提下有效節(jié)省了為遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)特別定制尺寸足夠大的標(biāo)定板的成本。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于平面鏡和標(biāo)定板的遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法，包括步驟S1、S2、S3和S4。

S1：固定遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的遠(yuǎn)焦的投影儀和遠(yuǎn)焦的相機(jī)的位置，在靠近相機(jī)的一側(cè)設(shè)置一平面鏡，平面鏡傾斜設(shè)置，以使相機(jī)在平面鏡中能形成像且將形成的像定義為虛擬相機(jī)，虛擬相機(jī)的視角區(qū)域與投影儀的視角區(qū)域能夠重疊形成第一區(qū)域，相機(jī)的視角區(qū)域與虛擬相機(jī)的視角區(qū)域能夠重疊形成第二區(qū)域，相機(jī)的視角區(qū)域與投影儀的視角區(qū)域能夠重疊形成遠(yuǎn)焦重疊區(qū)域，平面鏡、第一區(qū)域以及第二區(qū)域均比遠(yuǎn)焦重疊區(qū)域靠近相機(jī)；

S2：在第一區(qū)域中設(shè)置一標(biāo)定板，使相機(jī)能拍攝到標(biāo)定板在平面鏡中的像，標(biāo)定板上設(shè)有多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)，改變標(biāo)定板的位姿共記錄M組標(biāo)定板的不同位姿pos_i，i＝1,2,3,...,M；對(duì)各位姿pos_i的標(biāo)定板，用投影儀將模板圖片組投影在標(biāo)定板5上，用相機(jī)拍攝標(biāo)定板在平面鏡中的像，共獲得M組標(biāo)定板上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的標(biāo)志點(diǎn)中心在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)并計(jì)算得到M組標(biāo)定板上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的標(biāo)志點(diǎn)中心在虛擬相機(jī)的圖像坐標(biāo)系下的亞像素級(jí)的坐標(biāo)U_0i＝[u_0i,v_0i]^T和M組標(biāo)定板上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的標(biāo)志點(diǎn)中心在投影儀的圖像坐標(biāo)系下的亞像素級(jí)的坐標(biāo)U'_0i＝[u'_0i,v'_0i]^T，利用OpenCV或者M(jìn)atlab相機(jī)標(biāo)定工具箱計(jì)算得投影儀的內(nèi)參和投影儀坐標(biāo)系對(duì)虛擬相機(jī)坐標(biāo)系的外參矩陣其中i＝1,2,3,...,M；

S3：將標(biāo)定板設(shè)置在第二區(qū)域，使相機(jī)能拍攝到標(biāo)定板和標(biāo)定板在平面鏡中的像，改變標(biāo)定板的位姿共記錄M'次標(biāo)定板的不同位姿pos'_j，j＝2,3,...,M'，分別對(duì)不同位姿pos'_j的標(biāo)定板，用相機(jī)拍攝標(biāo)定板和標(biāo)定板在平面鏡中的像，共獲得M'組標(biāo)定板上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的標(biāo)志點(diǎn)中心在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)并計(jì)算得到M'組標(biāo)定板上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的標(biāo)志點(diǎn)中心在相機(jī)的圖像坐標(biāo)系下的亞像素級(jí)的坐標(biāo)和M'組標(biāo)定板上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的標(biāo)志點(diǎn)中心在虛擬相機(jī)的圖像坐標(biāo)系下的亞像素級(jí)的坐標(biāo)，利用OpenCV或者M(jìn)atlab相機(jī)標(biāo)定工具箱計(jì)算得相機(jī)的內(nèi)參和虛擬相機(jī)坐標(biāo)系對(duì)相機(jī)坐標(biāo)系的外參矩陣

S4：根據(jù)步驟S2中得到的投影儀坐標(biāo)系對(duì)虛擬相機(jī)坐標(biāo)系的外參矩陣和步驟S3中得到的虛擬相機(jī)坐標(biāo)系對(duì)相機(jī)坐標(biāo)系的外參矩陣得到投影儀坐標(biāo)系對(duì)相機(jī)坐標(biāo)系的外參矩陣

本發(fā)明的有益效果如下：

在根據(jù)本發(fā)明的基于平面鏡和標(biāo)定板的遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法中，只需要在靠近相機(jī)的一側(cè)設(shè)置一平面鏡，在比遠(yuǎn)焦重疊區(qū)域靠近的由虛擬相機(jī)的視角區(qū)域與投影儀的視角區(qū)域重疊形成的第一區(qū)域和由相機(jī)的視角區(qū)域與虛擬相機(jī)的視角區(qū)域重疊形成的第二區(qū)域中設(shè)置普通尺寸或小尺寸的標(biāo)定板，并利用OpenCV或者M(jìn)atlab相機(jī)標(biāo)定工具箱就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定，得到投影儀的內(nèi)參、相機(jī)的內(nèi)參以及投影儀坐標(biāo)系對(duì)相機(jī)坐標(biāo)系的外參矩陣，在保證標(biāo)定精度的前提下有效節(jié)省了為遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)特別定制尺寸足夠大的標(biāo)定板的成本。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的基于平面鏡和標(biāo)定板的遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法中的結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的示意圖；

圖2是本發(fā)明的基于平面鏡和標(biāo)定板的遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法中的模板圖片組中的圖片和等效模板圖片組中的圖片，其中，左圖示出了模板圖片組的高頻水平方向條紋柵格圖片組中的一張圖片，右圖示出了等效模板圖片組的高頻水平方向諧波條紋柵格圖片組中的一張圖片；

圖3是本發(fā)明的基于平面鏡和標(biāo)定板的遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法中的模板圖片組中的圖片和等效模板圖片組中的圖片，其中，左圖示出了模板圖片組的低頻水平方向條紋柵格圖片組中的一張圖片，右圖示出了等效模板圖片組的低頻水平方向諧波條紋柵格圖片組中的一張圖片；

圖4是本發(fā)明的基于平面鏡和標(biāo)定板的遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法中的模板圖片組中的圖片和等效模板圖片組中的圖片，其中，左圖示出了模板圖片組的高頻豎直方向條紋柵格圖片組中的一張圖片，右圖示出了等效模板圖片組的高頻豎直方向諧波條紋柵格圖片組中的一張圖片；

圖5是本發(fā)明的基于平面鏡和標(biāo)定板的遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法中的模板圖片組中的圖片和等效模板圖片組中的圖片，其中，左圖示出了模板圖片組的低頻豎直方向條紋柵格圖片組中的一張圖片，右圖示出了等效模板圖片組的低頻豎直方向諧波條紋柵格圖片組中的一張圖片；

圖6是本發(fā)明的基于平面鏡和標(biāo)定板的遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法中的各坐標(biāo)系的位置關(guān)系示意圖，其中示出了世界坐標(biāo)系、相機(jī)坐標(biāo)系和相機(jī)的圖像坐標(biāo)系；

圖7是本發(fā)明的基于平面鏡和標(biāo)定板的遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法中的標(biāo)定板的示意圖。

其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下：

1 投影儀 5 標(biāo)定板

2 相機(jī) A1 第一區(qū)域

3 平面鏡 A2 第二區(qū)域

4 虛擬相機(jī) A3 遠(yuǎn)焦重疊區(qū)域

具體實(shí)施方式

下面參照附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的基于平面鏡和標(biāo)定板的遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法。

參照?qǐng)D1至圖7，本發(fā)明的基于平面鏡和標(biāo)定板的遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法包括步驟S1、S2、S3及S4。

S1：固定遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的遠(yuǎn)焦的投影儀1和遠(yuǎn)焦的相機(jī)2的位置，在靠近相機(jī)2的一側(cè)設(shè)置一平面鏡3，平面鏡3傾斜設(shè)置，以使相機(jī)2在平面鏡3中能形成像且將形成的像定義為虛擬相機(jī)4，虛擬相機(jī)4的視角區(qū)域與投影儀1的視角區(qū)域能夠重疊形成第一區(qū)域A1，相機(jī)2的視角區(qū)域與虛擬相機(jī)4的視角區(qū)域能夠重疊形成第二區(qū)域A2，相機(jī)2的視角區(qū)域與投影儀1的視角區(qū)域能夠重疊形成遠(yuǎn)焦重疊區(qū)域A3，平面鏡3、第一區(qū)域A1以及第二區(qū)域A2均比遠(yuǎn)焦重疊區(qū)域A3靠近相機(jī)2；

S2：在第一區(qū)域A1中設(shè)置一標(biāo)定板5，使相機(jī)2能拍攝到標(biāo)定板5在平面鏡3中的像，標(biāo)定板5上設(shè)有多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51，改變標(biāo)定板5的位姿共記錄M組標(biāo)定板5的不同位姿pos_i，i＝1,2,3,...,M；對(duì)各位姿pos_i的標(biāo)定板5，用投影儀1將模板圖片組投影在標(biāo)定板5上，用相機(jī)2拍攝標(biāo)定板5在平面鏡3中的像，共獲得M組標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)并計(jì)算得到M組標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在虛擬相機(jī)4的圖像坐標(biāo)系下的亞像素級(jí)的坐標(biāo)U_0i＝[u_0i,v_0i]^T和M組標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在投影儀1的圖像坐標(biāo)系下的亞像素級(jí)的坐標(biāo)U'_0i＝[u'_0i,v'_0i]^T，利用OpenCV或者M(jìn)atlab相機(jī)標(biāo)定工具箱計(jì)算得投影儀1的內(nèi)參和投影儀坐標(biāo)系對(duì)虛擬相機(jī)坐標(biāo)系的外參矩陣其中i＝1,2,3,...,M；

S3：將標(biāo)定板5設(shè)置在第二區(qū)域A2，使相機(jī)2能拍攝到標(biāo)定板5和標(biāo)定板5在平面鏡3中的像，改變標(biāo)定板5的位姿共記錄M'次標(biāo)定板5的不同位姿pos'_j，j＝2,3,...,M'，分別對(duì)不同位姿pos'_j的標(biāo)定板5，用相機(jī)2拍攝標(biāo)定板5和標(biāo)定板5在平面鏡3中的像，共獲得M'組標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)并計(jì)算得到M'組標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在相機(jī)2的圖像坐標(biāo)系下的亞像素級(jí)的坐標(biāo)和M'組標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在虛擬相機(jī)4的圖像坐標(biāo)系下的亞像素級(jí)的坐標(biāo)，利用OpenCV或者M(jìn)atlab相機(jī)標(biāo)定工具箱計(jì)算得相機(jī)2的內(nèi)參和虛擬相機(jī)坐標(biāo)系對(duì)相機(jī)坐標(biāo)系的外參矩陣

S4：根據(jù)步驟S2中得到的投影儀坐標(biāo)系對(duì)虛擬相機(jī)坐標(biāo)系的外參矩陣和步驟S3中得到的虛擬相機(jī)坐標(biāo)系對(duì)相機(jī)坐標(biāo)系的外參矩陣得到投影儀坐標(biāo)系對(duì)相機(jī)坐標(biāo)系的外參矩陣

在根據(jù)本發(fā)明的基于平面鏡和標(biāo)定板的遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法中，只需要在靠近相機(jī)2的一側(cè)設(shè)置一平面鏡3，在比遠(yuǎn)焦重疊區(qū)域A3靠近的由虛擬相機(jī)4的視角區(qū)域與投影儀1的視角區(qū)域重疊形成的第一區(qū)域A1和由相機(jī)2的視角區(qū)域與虛擬相機(jī)4的視角區(qū)域重疊形成的第二區(qū)域A2中設(shè)置普通尺寸或小尺寸的標(biāo)定板，并利用OpenCV或者M(jìn)atlab相機(jī)標(biāo)定工具箱就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定，得到投影儀的內(nèi)參、相機(jī)的內(nèi)參以及投影儀坐標(biāo)系對(duì)相機(jī)坐標(biāo)系的外參矩陣，在保證標(biāo)定精度的前提下有效節(jié)省了為遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)特別定制尺寸足夠大的標(biāo)定板的成本。

在這里補(bǔ)充說(shuō)明的是，參照?qǐng)D6，世界坐標(biāo)系是指原點(diǎn)在標(biāo)定板左上角的坐標(biāo)系，坐標(biāo)單位是毫米(mm)，相機(jī)坐標(biāo)系是指原點(diǎn)在相機(jī)光心的坐標(biāo)系，坐標(biāo)單位是毫米(mm)，相機(jī)2的圖像坐標(biāo)系是指原點(diǎn)在相機(jī)成像平面上的圖像的左上角的坐標(biāo)系，坐標(biāo)單位是像素(pixel)。同樣，對(duì)于投影儀1，投影儀坐標(biāo)系是指原點(diǎn)在投影儀光心的坐標(biāo)系，坐標(biāo)單位是毫米(mm)，投影儀1的圖像坐標(biāo)系是指原點(diǎn)在投影儀成像平面上的圖像的左上角的坐標(biāo)系坐標(biāo)單位是像素(pixel)。實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定即要得到相機(jī)的內(nèi)參、投影儀的內(nèi)參和投影儀坐標(biāo)系對(duì)相機(jī)坐標(biāo)系的外參矩陣。其中，相機(jī)2的內(nèi)參和投影儀1的內(nèi)參分別表達(dá)相機(jī)坐標(biāo)系和投影儀坐標(biāo)系分別到相機(jī)的圖像坐標(biāo)系和投影儀的圖像坐標(biāo)系的變換，具體地相機(jī)2的內(nèi)參和投影儀1的內(nèi)參分別包括相機(jī)2和投影儀1的水平方向和豎直方向的焦距、圖像的主點(diǎn)以及畸變系數(shù)。投影儀坐標(biāo)系對(duì)虛擬相機(jī)坐標(biāo)系的外參矩陣表達(dá)了投影儀坐標(biāo)系到虛擬相機(jī)坐標(biāo)系的變換，虛擬相機(jī)坐標(biāo)系對(duì)相機(jī)坐標(biāo)系的外參矩陣表達(dá)了虛擬相機(jī)坐標(biāo)系到相機(jī)坐標(biāo)系的變換，進(jìn)而用于實(shí)現(xiàn)投影儀坐標(biāo)系到相機(jī)坐標(biāo)系的變換即為投影儀坐標(biāo)系對(duì)相機(jī)坐標(biāo)系的外參矩陣投影儀坐標(biāo)系對(duì)相機(jī)坐標(biāo)系的外參矩陣描述相機(jī)和投影儀之間的位置關(guān)系，所有的外參矩陣包括旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣。

在根據(jù)本發(fā)明的基于平面鏡和標(biāo)定板的遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法中，平面鏡3傾斜設(shè)置的角度可為45度，但是這個(gè)角度不受限制，只要能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明即可。

在根據(jù)本發(fā)明的基于平面鏡和標(biāo)定板的遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法中，參照?qǐng)D1和圖7，步驟S2具體包括步驟S21、S22和S23。

S21：在第一區(qū)域A1中設(shè)置標(biāo)定板5，使相機(jī)2能拍攝到標(biāo)定板5在平面鏡3中的像，對(duì)位姿為pos_i的標(biāo)定板5得到標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)并計(jì)算標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在虛擬相機(jī)4的圖像坐標(biāo)系下的亞像素級(jí)的坐標(biāo)U_0i＝[u_0i,v_0i]^T和標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在投影儀1的圖像坐標(biāo)系下的亞像素級(jí)的坐標(biāo)U'_0i＝[u'_0i,v'_0i]^T，共得到M組標(biāo)定板5的不同位姿pos_i、M組標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)、M組標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在虛擬相機(jī)4的圖像坐標(biāo)系下的亞像素級(jí)的坐標(biāo)U_0i＝[u_0i,v_0i]^T和M組標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在投影儀1的圖像坐標(biāo)系下的亞像素級(jí)的坐標(biāo)U'_0i＝[u'_0i,v'_0i]^T；

S22：根據(jù)步驟S21中得到的M組標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)、M組標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在虛擬相機(jī)4的圖像坐標(biāo)系下的亞像素級(jí)的坐標(biāo)U_0i＝[u_0i,v_0i]^T和M組標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在投影儀1的圖像坐標(biāo)系下的亞像素級(jí)的坐標(biāo)U'_0i＝[u'_0i,v'_0i]^T，利用OpenCV或者M(jìn)atlab相機(jī)標(biāo)定工具箱計(jì)算得到虛擬相機(jī)4的內(nèi)參、投影儀1的內(nèi)參、標(biāo)定板5在虛擬相機(jī)坐標(biāo)系下的外參矩陣和標(biāo)定板5在投影儀坐標(biāo)系下的外參矩陣

S23：根據(jù)步驟S22中得到的標(biāo)定板5在虛擬相機(jī)坐標(biāo)系下的外參矩陣和標(biāo)定板5在投影儀坐標(biāo)系下的外參矩陣得到投影儀坐標(biāo)系對(duì)虛擬相機(jī)坐標(biāo)系的外參矩陣其中，表示投影儀坐標(biāo)系對(duì)虛擬相機(jī)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣，表示投影儀坐標(biāo)系對(duì)虛擬相機(jī)坐標(biāo)系的平移矩陣。

在根據(jù)本發(fā)明的基于平面鏡和標(biāo)定板的遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法中，參照?qǐng)D1至圖5和圖7，步驟S21中M組標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)的獲得與M組標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在虛擬相機(jī)4的圖像坐標(biāo)系下的亞像素級(jí)的坐標(biāo)U_0i＝[u_0i,v_0i]^T和M組標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在投影儀1的圖像坐標(biāo)系下的亞像素級(jí)的坐標(biāo)U'_0i＝[u'_0i,v'_0i]^T的計(jì)算包括步驟S211至S217。

S211：設(shè)計(jì)四組二值化條紋柵格圖片作為四個(gè)模板圖片組用于投影儀1投影，四個(gè)模板圖片組分別為低頻水平方向條紋柵格圖片組、高頻水平方向條紋柵格圖片組、低頻豎直方向條紋柵格圖片組以及高頻豎直方向條紋柵格圖片組，四個(gè)模板圖片組的條紋周期數(shù)分別為nT_hl、nT_hh、nT_vl、nT_vh，其中，取nT_hl＝1，nT_vl＝1，每個(gè)模板圖片組均有N張圖片，四個(gè)模板圖片組將用于由投影儀1投影以得到四個(gè)等效模板圖片組，即為低頻水平方向諧波條紋柵格圖片組、高頻水平方向諧波條紋柵格圖片組、低頻豎直方向諧波條紋柵格圖片組圖片、高頻豎直方向諧波條紋柵格圖片組；

S212：對(duì)位姿為pos_i的標(biāo)定板5，得到標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；

S213：用投影儀1將一張全白投影圖片投影在位姿為pos_i的標(biāo)定板5上，并用相機(jī)2拍攝標(biāo)定板5在平面鏡3中的像得第一圖片C_0i，然后用投影儀1將步驟S211中的四個(gè)模板圖片組依次投影在標(biāo)定板5上，并用相機(jī)2拍攝此時(shí)標(biāo)定板5在平面鏡3中的像得到第一標(biāo)定板像圖片組、第二標(biāo)定板像圖片組、第三標(biāo)定板像圖片組和第四標(biāo)定板像圖片組；

S214：根據(jù)步驟S213中得到的第一圖片C_0i，通過(guò)計(jì)算第一圖片C_0i的圖像梯度、邊緣檢測(cè)、橢圓擬合進(jìn)而計(jì)算得到標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在虛擬相機(jī)4的圖像坐標(biāo)系下的亞像素級(jí)的坐標(biāo)U_0i＝[u_0i,v_0i]^T，其中u_0i為標(biāo)志點(diǎn)中心在虛擬相機(jī)4的圖像坐標(biāo)系下的亞像素級(jí)的橫坐標(biāo)值，v_0i為標(biāo)志點(diǎn)中心在虛擬相機(jī)4的圖像坐標(biāo)系下的亞像素級(jí)的縱坐標(biāo)值；

S215：根據(jù)步驟S213中得到的第一標(biāo)定板像圖片組、第二標(biāo)定板像圖片組、第三標(biāo)定板像圖片組和第四標(biāo)定板像圖片組計(jì)算得到標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心的亞像素級(jí)的坐標(biāo)U_0i＝[u_0i,v_0i]^T處水平方向的絕對(duì)相位值為和豎直方向的絕對(duì)相位值為

S216：利用步驟S211中得到的四個(gè)等效模板圖片組計(jì)算得到模板圖片的整數(shù)坐標(biāo)處水平方向的絕對(duì)相位值為和豎直方向的絕對(duì)相位值

S217：根據(jù)步驟S215中得到的標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心的亞像素級(jí)的坐標(biāo)U_0i＝[u_0i,v_0i]^T處水平方向的絕對(duì)相位值為和豎直方向的絕對(duì)相位值為與步驟S216中得到的模板圖片的整數(shù)坐標(biāo)處水平方向的絕對(duì)相位值為和豎直方向的絕對(duì)相位值對(duì)應(yīng)相等求得標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在投影儀1的圖像坐標(biāo)系下的亞像素級(jí)的坐標(biāo)U'_0i＝[u'_0i,v'_0i]^T。

在這里補(bǔ)充說(shuō)明的是，參照?qǐng)D2至圖5，在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中，圖像由圖像的灰度值體現(xiàn)，圖像的灰度值又和圖像的頻率有關(guān)，低頻水平方向條紋柵格圖片組、高頻水平方向條紋柵格圖片組、低頻豎直方向條紋柵格圖片組以及高頻豎直方向條紋柵格圖片組中的高頻和低頻是相對(duì)而言的，在設(shè)計(jì)用于投影的模板圖片組時(shí)，可根據(jù)需要自行合理的設(shè)定兩個(gè)不同的頻率值，頻率值高的就是相對(duì)的高頻，分別得到高頻的水平方向和豎直方向的條紋柵格圖片組，頻率值低的就是相對(duì)的低頻，分別得到低頻的水平方向和豎直方向的條紋柵格圖片組。如圖3和圖5所示，一般將低頻的周期數(shù)取為1，以便更加準(zhǔn)確的求得模板圖片的絕對(duì)相位值。

對(duì)標(biāo)定板5，因?yàn)闃?biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的間距是已知的，所以標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)便可知。

通過(guò)計(jì)算第一圖片C_0i的圖像梯度、邊緣檢測(cè)、橢圓擬合進(jìn)而計(jì)算得到標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在虛擬相機(jī)4的圖像坐標(biāo)系下的亞像素級(jí)的坐標(biāo)U_0i＝[u_0i,v_0i]^T，這里對(duì)相機(jī)拍攝的圖片，通過(guò)計(jì)算圖片的圖像梯度、邊緣檢測(cè)、橢圓擬合得到標(biāo)志點(diǎn)的圓心以作為標(biāo)志點(diǎn)中心從而求得其亞像素級(jí)的坐標(biāo)屬公知方法，在這里不再贅述。

在根據(jù)本發(fā)明的基于平面鏡和標(biāo)定板的遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法中，步驟S215中的標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心的亞像素級(jí)的坐標(biāo)U_0i＝[u_0i,v_0i]^T處水平方向的絕對(duì)相位值為的計(jì)算過(guò)程為：

首先用第一標(biāo)定板像圖片組、第二標(biāo)定板像圖片組計(jì)算標(biāo)定板5上的整數(shù)坐標(biāo)處水平方向的絕對(duì)相位值為：

其中，[·]為取整符號(hào)，和分別為低頻水平方向和高頻水平方向的相對(duì)相位值，表達(dá)為：

其中，c_1k表示第一標(biāo)定板像圖片組中的第k張圖片的灰度值，c_2k表示第二標(biāo)定板像圖片組中的第k張圖片的灰度值，k＝1,2,...,N，

然后用插值法得到標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心的亞像素級(jí)的坐標(biāo)U_0i＝[u_0i,v_0i]^T處的水平方向的絕對(duì)相位值為

步驟S215中的標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心的亞像素級(jí)的坐標(biāo)U_0i＝[u_0i,v_0i]^T處豎直方向的絕對(duì)相位值為計(jì)算過(guò)程為：

首先用第三標(biāo)定板像圖片組和第四標(biāo)定板像圖片組計(jì)算標(biāo)定板5上的整數(shù)坐標(biāo)處豎直方向的絕對(duì)相位值為：

其中，[·]為取整符號(hào)，和分別為低頻豎直方向和高頻豎直方向的相對(duì)相位值，表達(dá)為：

其中，c_3k表示第三標(biāo)定板像圖片組中的第k張圖片的灰度值，c_4k表示第四標(biāo)定板像圖片組中的第k張圖片的灰度值，k＝1,2,...,N，

然后用插值法得到標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心的亞像素級(jí)的坐標(biāo)U_0i＝[u_0i,v_0i]^T處的豎直方向的絕對(duì)相位值為

在根據(jù)本發(fā)明的基于平面鏡和標(biāo)定板的遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法中，步驟S216中的模板圖片的整數(shù)坐標(biāo)處水平方向的絕對(duì)相位值為和豎直方向的絕對(duì)相位值計(jì)算過(guò)程為：

首先用等效模板圖片組，即低頻水平方向諧波條紋柵格圖片組和高頻水平方向諧波條紋柵格圖片組計(jì)算模板圖片的整數(shù)坐標(biāo)處水平方向的絕對(duì)相位值為：

其中，[·]為取整符號(hào)，和分別為低頻水平方向和高頻水平方向的相對(duì)相位值，表達(dá)為

其中，p_1k表示低頻水平方向諧波條紋柵格圖片組中的第k張圖片，p_2k表示高頻水平方向諧波條紋柵格圖片組的第k張圖片，k＝1,2,...,N，

然后用等效模板圖片組，即低頻豎直方向諧波條紋柵格圖片組和高頻豎直方向諧波條紋柵格圖片組計(jì)算模板圖片的整數(shù)坐標(biāo)處豎直方向的絕對(duì)相位值為：

其中，[·]為取整符號(hào)，和分別為低頻豎直方向和高頻豎直方向的相對(duì)相位值，表達(dá)為：

其中，p_3k表示低頻豎直方向諧波條紋柵格圖片組中的第k張圖片的灰度值，p_4k表示高頻豎直方向諧波條紋柵格圖片組中的第k張圖片的灰度值，k＝1,2,...,N。

在根據(jù)本發(fā)明的基于平面鏡和標(biāo)定板的遠(yuǎn)焦結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法中，步驟S3中M'組標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)的獲得與M'組標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在相機(jī)2的圖像坐標(biāo)系下的亞像素級(jí)的坐標(biāo)、M'組標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在虛擬相機(jī)4的圖像坐標(biāo)系下的亞像素級(jí)的坐標(biāo)以及相機(jī)2的內(nèi)參和虛擬相機(jī)坐標(biāo)系對(duì)相機(jī)坐標(biāo)系的外參矩陣的計(jì)算包括步驟S31、S32、S33和S34。

S31：在第二區(qū)域A2中設(shè)置標(biāo)定板5，使相機(jī)2能拍攝到標(biāo)定板5和標(biāo)定板5在平面鏡3中的像，對(duì)位姿為pos'_j的標(biāo)定板5獲得標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，用相機(jī)2同時(shí)拍攝標(biāo)定板5和標(biāo)定板5在平面鏡3中的像得到標(biāo)定板圖片，共得到M'組標(biāo)定板5的不同位姿pos'_j、M'組標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)、M'張標(biāo)定板圖片，其中j＝2,3,...,M'；

S32：根據(jù)步驟S31中得到的M'張標(biāo)定板圖片中的標(biāo)定板5的圖像部分通過(guò)計(jì)算圖像梯度、邊緣檢測(cè)、橢圓擬合計(jì)算得到M'組標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在相機(jī)2的圖像坐標(biāo)系下的亞像素級(jí)的坐標(biāo)，左右翻轉(zhuǎn)M'張標(biāo)定板圖片對(duì)標(biāo)定板圖片中的標(biāo)定板5在平面鏡3中的像的圖像部分通過(guò)計(jì)算圖像梯度、邊緣檢測(cè)、橢圓擬合計(jì)算得到M'組標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在虛擬相機(jī)4的圖像坐標(biāo)系下的亞像素級(jí)的坐標(biāo)；

S33：根據(jù)步驟S31中得到的M'組標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)、步驟S32中得到的M'組標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在相機(jī)2的圖像坐標(biāo)系下的亞像素級(jí)的坐標(biāo)和M'組標(biāo)定板5上的多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)51的標(biāo)志點(diǎn)中心在虛擬相機(jī)4的圖像坐標(biāo)系下的亞像素級(jí)的坐標(biāo)，利用OpenCV或者M(jìn)atlab相機(jī)標(biāo)定工具箱計(jì)算得到相機(jī)2的內(nèi)參、虛擬相機(jī)4的內(nèi)參、標(biāo)定板5在相機(jī)坐標(biāo)系下的外參矩陣和標(biāo)定板5在虛擬相機(jī)坐標(biāo)系下的外參矩陣

S34，根據(jù)步驟S33中得到的標(biāo)定板5在相機(jī)坐標(biāo)系下的外參矩陣和標(biāo)定板5在虛擬相機(jī)坐標(biāo)系下的外參矩陣得到虛擬相機(jī)坐標(biāo)系對(duì)相機(jī)坐標(biāo)系的外參矩陣其中，表示虛擬相機(jī)坐標(biāo)系對(duì)相機(jī)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣，表示虛擬相機(jī)坐標(biāo)系對(duì)相機(jī)坐標(biāo)系的平移矩陣。