【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学测量，涉及相机和投影仪的标定与矫正，尤其涉及一种基于结构光的相机和投影仪畸变的矫正方法。
技术介绍
1、随着微电子制造技术的快速发展，各类微小型元器件，如半导体器件、光电子元件和mems等，在工业上得到大量地生产，并被广泛地应用于高端电子产品和精密仪器之中，比如相机和投影仪。
2、在相机、投影仪中，其都涉及到三维模型建立、图像测量过程以及机器视觉应用等，其在精确性和准确性方面的要求尤为严格。在现有的结构光测量系统中，由相机+投影仪组成的结构光三维测量系统就因其结构简单、点云重建效率高而被广泛使用。典型的相机+投影仪组成的结构光三维测量系统在测量过程中由投影设备把编码条纹图案投影到待测物体表面，同时使用相机拍摄下经被测物体表面调制而发生变形的光栅图像，然后通过对变形的条纹图像进行处理，计算出代表物体高度的相位信息，最后根据相位信息和已标定出的系统参数对被测物体表面进行三维点云重建。
3、如上所述，在结构光三维测量系统中，需要对系统中的相机、投影仪的相关系统参数进行标定，以便提高测量系统的精确性、准确性。相机标定已经有比较成熟的标定方法，比如采用张正友标定法对相机进行内参标定。然而，投影仪作为投影显示器件，无法直接确定投影图像和标定板之间的对应关系，故其标定难度高。将投影仪当作一个逆向的相机，通过建立投影仪图像和相机图像的对应关系，将投影仪标定转化为成熟的相机标定，从而将单相机结构光三维测量系统转换为经典的双目视觉系统是目前流行的投影仪标定方法。投影仪标定是影响三维重建精度的关键环节，探究各
4、申请号为201710293985.5的专利技术专利申请就公开了一种投影仪标定方法，其包括提供标定板；提供结构光三维检测系统；利用第一类圆将所述标定板摆正；在所述标定板有效范围内，拍摄所述标定板的图片，并由所述投影仪向所述标定板投射编码条纹并拍摄，然后重复至少二次本步骤；对每组带有条纹的图像进行相位计算，得到每组标定板图像上圆心点位置的横向和纵向绝对相位值，利用圆点提取算法计算标定板图像上的圆心点像素坐标，结合得到每个圆心点上的绝对相位值；将所述标定板的圆心点的绝对相位值从相机像素转换到投影仪的像素，实现对投影仪的标定。其中，其先进行四步相移相位计算并得到包裹相位图，再采用三频外差算法得到圆心点位置的横向和纵向绝对相位值；然后对摆正后的标定板进行标定圆心并排序，对排序号的圆心进行仿射变换得到圆心点的像素坐标。
5、上述投影仪标定方法通过对每组带有条纹的图像进行相位计算，得到每组标定板图像上圆心点位置的横向和纵向绝对相位值，利用圆点提取算法计算标定板图像上的圆心点像素坐标，结合得到每个圆心点上的绝对相位值；将所述标定板的圆心点的绝对相位值从相机像素转换到投影仪的像素，实现对投影仪的标定。但是，上述投影仪标定方法虽然能够实现对投影仪的标定，但是在投影仪的使用过程中会出现系统畸变，这将对三维检测精度造成重大影响；而现有技术中尚无法解决对投影仪的系统畸变进行矫正的问题，无法提高投影仪的后续畸变矫正精度，亦无法进一步减小系统误差、提高三维检测精度。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：为了解决现有的投影仪在标定过程中存在的投影仪系统畸变难以被矫正、从而影响投影仪及其三维检测系统的检测精度的技术问题，提供一种基于结构光的相机和投影仪畸变的矫正方法，基于结构光的标定系统通过仿射变换找圆心的方式可以获取更加准确的圆心像素坐标和圆心相位，并在后续的相机标定的过程中采用特定点的具有创新的标定算法，在标定算法中引入三维数据，可大大提高对相机后续畸变矫正的精度。经试验，采用本申请的相机标定方法后，相机的畸变矫正误差可由矫正前的6.26e-5e-05减小到矫正后的5.66e-5，降低了10.5%；采用相同的标定方法对投影仪进行标定后，投影仪的畸变矫正误差由矫正前的8.72e-05减小到矫正后的8.03e-05，降低了7.9%。降低相机的系统畸变矫正的难度，尤其是解决了投影仪在标定过程中存在的系统畸变难以被矫正的技术难题，大大提高了对相机以及投影仪的畸变矫正的精度，大大减小相机、投影仪等系统误差，提高三维检测精度。
2、本专利技术为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
3、一种基于结构光的相机和投影仪畸变的矫正方法，具体步骤为：
4、步骤s1，获取条纹图像；
5、分别在竖直方向、水平方向上使用投影仪在标定板上投影正弦条纹；并在投影时利用相机对投影有正弦条纹的标定板进行拍照，得到带有条纹的图像；
6、步骤s2，仿射变换求圆心；
7、在带有条纹的图像中选取8个角点，进行仿射变换，并对仿射变换后的图像进行圆心识别，得到圆心在相机像素坐标系下的坐标；
8、步骤s3，相机标定；
9、相机标定的具体步骤为：
10、步骤s3.1，根据圆心在相机像素坐标系下的坐标、圆心在世界坐标下的坐标，计算相机的单应性矩阵的参数到，计算公式为：
11、
12、
13、
14、步骤s3.2，再根据单应性矩阵的参数到，求解相机的内参和外参矩阵，求解公式为：
15、
16、
17、
18、
19、其中，表示伸缩因子，（，，1）表示齐次坐标下的像素坐标，（，，，1）表示齐次坐标下的世界坐标，到表示单应性矩阵内的参数；表示相机内参矩阵，表示相机外参中的旋转矩阵，表示相机外参中的平移矩阵，到表示相机外参中的旋转矩阵的参数，到表示相机外参中的平移矩阵的参数，、分别表示相机像素坐标系下x轴和y轴上的归一化焦距，（，）表示图像中心在相机像素坐标系下的坐标，表示相机外参中的旋转矩阵的第一行，表示相机外参中的旋转矩阵的第二行，表示相机外参中的旋转矩阵的第三行，表示相机外参中的旋转矩阵的第行，表示相机外参中的旋转矩阵的第行，表示相机外参中的旋转矩阵的第行第列，表示平移矩阵，表示相机中的倾斜因子，表示单应性矩阵的第一行，表示单应性矩阵的第二行，表示单应性矩阵的第三行，表示单应性矩阵的第行第列；
20、步骤 s4，相机畸变矫正；
21、利用相机的内参、外参矩阵计算相机的径向畸变参数、切向畸变参数，并进行畸变矫正；
22、步骤s5，相位解包裹；
23、对步骤s2得到的圆心在相机像素坐标系下的坐标进行相位解包裹，并归一化到0-2π，得到圆心对应的水平方向上的绝对相位和竖直方向上的绝对相位；
24、步骤s6，投影仪标定与畸变矫正；
25、先找到圆心对应投影图片中的像素点位置；再采用步骤s3中相机标定的方法来标定投影仪，计算投影仪的单应性矩阵的参数到；然后采用步骤s3中相机标定的方法求解投影仪的内参、外参矩阵；最后利用投影仪的内参、外参矩阵计算投影仪的径向畸变参数、切向畸变参数，并进行畸变矫正；
26、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于结构光的相机和投影仪畸变的矫正方法，其特征在于，具体步骤为：
2.如权利要求1所述的一种基于结构光的相机和投影仪畸变的矫正方法，其特征在于：步骤S1中，水平方向的投影正弦条纹的编码为：
3.如权利要求2所述的一种基于结构光的相机和投影仪畸变的矫正方法，其特征在于：在竖直方向上投影正弦条纹时，投影仪以投影频率为1且相移步数为4、投影频率为8且相移步数为4、投影频率为64且相移步数为12进行多次投影，得到多幅带有条纹的竖直投影图像；
4.如权利要求1所述的一种基于结构光的相机和投影仪畸变的矫正方法，其特征在于：步骤S2中，计算带有条纹的图像的调制光强，并将调制光强作为求圆心的原始图像；
5.如权利要求1所述的一种基于结构光的相机和投影仪畸变的矫正方法，其特征在于，步骤S4中，相机畸变矫正的具体步骤为：
6.如权利要求1所述的一种基于结构光的相机和投影仪畸变的矫正方法，其特征在于，步骤S5中，在相位解包裹前，计算带有条纹的图像的背景光强、调制光强；
7.如权利要求6所述的一种基于结构光的相机和投影仪畸变
...【技术特征摘要】
1.一种基于结构光的相机和投影仪畸变的矫正方法，其特征在于，具体步骤为：
2.如权利要求1所述的一种基于结构光的相机和投影仪畸变的矫正方法，其特征在于：步骤s1中，水平方向的投影正弦条纹的编码为：
3.如权利要求2所述的一种基于结构光的相机和投影仪畸变的矫正方法，其特征在于：在竖直方向上投影正弦条纹时，投影仪以投影频率为1且相移步数为4、投影频率为8且相移步数为4、投影频率为64且相移步数为12进行多次投影，得到多幅带有条纹的竖直投影图像；
4.如权利要求1所述的一种基于结构光的相...
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