CN113191963B - 一种无需附加操作的投影仪残余畸变全场标定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无需附加操作的投影仪残余畸变全场标定方法及装置。该方法包括对结构光系统进行标准标记平板的多姿态预标定，得到预标定数据；基于所述预标定数据，分别计算相机像素点在投影仪成像面上的实际对应点与模型对应点；计算所述实际对应点与模型对应点的差值，根据所述差值对投影仪的全场残余畸变进行拟合标定。本发明实现了对残余畸变的标定不再需要任何附加操作，仅通过分析系统预标定数据即可得到结果，使用方便、效率优良。

Description

一种无需附加操作的投影仪残余畸变全场标定方法及装置

技术领域

本申请涉及投影仪残余畸变标定技术领域，具体而言，涉及一种无需附加操作的投影仪残余畸变全场标定方法及装置。

背景技术

条纹投影结构光轮廓仪或相位测量轮廓仪主要由计算机、相机和投影仪构成。由于镜头的制造工艺与装配误差等因素，相机或投影仪在其成像平面上的实际像素点与其在小孔成像模型下的理想像素点往往不重合，实际像点与理想像点之差便是畸变误差。必须要对系统组成单元，如相机与投影仪的畸变进行精确标定与补偿，方能实现高精度三维表面重建。由于投影成像器件相对光轴的非对称设置，投影仪畸变一般比相机的要大，且更复杂。对投影仪畸变使用与相机畸变类似的常规多项式模型进行描述，通常会在远离光轴区域形成高达像素级别的残余畸变误差。这种残余畸变进而引发后续的系统性三维重建误差。因此，开发高精度结构光轮廓仪必需要解决投影仪残余畸变的精密标定问题。

当前，投影仪残余畸变大多是使用理想平板结合正、反投影分析获得，即对一理想平板开展投影实验，分析相机成像点通过预标定模型在投影仪成像面上的投影点到实际投影仪对应点之间的距离，得到投影仪残余畸变。例如，2013年，Han等人在OpticalEngineering(vol.52,104106)上的论文“Improving calibration accuracy ofstructured light systems using plane-based residual error compensation”提出了一种早期的基于理想平板投影分析的残余畸变标定法。其在对结构光系统进行相机与投影仪模型预标定的基础上，提出首先对某一随机姿态下的高精度白板进行圆点阵列投影与三维测量，拟合得到平板方程；接着计算相机图像中这些圆点先后经相机与投影仪模型，反投影到该平板方程的三维坐标点及其投影到投影仪成像面上的模型对应点；这些模型对应点与实际投影点之差便是残余畸变。该方法采样点数较少，标定分辨率与精度均有限。2019年，Yang等人在Optics and Lasers in Engineering(vol.114,104-110)上的论文“Projector distortion residual compensation in fringe projection system”介绍了一种改良的方法。其在对结构光系统进行相机与投影仪模型预标定的基础上，提出对某一个随机姿态的高精度标准标记平板，如圆环阵列进行相位投影测量，并基于平板标记坐标，使用相机与投影仪模型计算平板姿态；接着搜索每一个投影仪成像面像素点在相机上的等相位对应点，并先后结合相机与投影仪模型计算其在投影仪成像面上模型对应点；模型对应点与原投影像素点之差就是残余畸变。该标定方法从投影仪点出发，搜索对应相机像素点，再返回来计算投影仪模型对应点，经历了两次正、反投影计算与一次双线性插值，计算效率较低。

与正、反投影分析法相对，Peng等人于2016年在Optics Express(vol.24,21846-21860)的论文“Suppression of projector distortion in phase-measuringprofilometry by projecting adaptive fringe patterns”提出了一种理想平板相位投影测量与多项式拟合的投影仪畸变标定方法，可用于任意复杂畸变，包括残余畸变的标定。其原理是对一个理想白板进行标准条纹投影与相位测量，基于相位映射原理找到所有测量相位的对应投影仪像素坐标。若投影仪无畸变，对应于投影仪像素坐标的测量相位图应该是一个理想平面；相反，若该相位图不是一个理想平面，那么其相对于自身理想拟合平面的偏离量就对应了投影仪畸变。相较于前面基于投影分析的方法，该方法的一个显著优点是无需对投影仪成像模型进行预标定，因此受到不依赖成像模型标定的相位测量轮廓术的青睐，然而相位测量轮廓术仍然需要对其他系统结构参数进行标定。此外，该方法存在以下明显缺陷：1)除轮廓仪系统参数标定之外，必需针对残余畸变标定实施附加的标定操作，如额外进行一次标准平板投影测量；这使得标定操作复杂、效率较低。2)由于畸变误差与测量距离相关，这些仅基于一个随机姿态平板测量的残余畸变标定方法无法全面精确揭示整个测量空间下的平均残余畸变；因此，其标定精度不足。

发明内容

为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种无需附加操作的投影仪残余畸变全场标定方法及装置。

第一方面，本申请实施例提供了一种无需附加操作的投影仪残余畸变全场标定方法，所述方法包括：

对结构光系统进行标准标记平板的多姿态预标定，得到预标定数据；

基于所述预标定数据，分别计算相机像素点在投影仪成像面上的实际对应点与模型对应点；

计算所述实际对应点与模型对应点的差值，根据所述差值对投影仪的全场残余畸变进行拟合标定。

优选的，所述对结构光系统进行标准标记平板的多姿态预标定，得到预标定数据，包括：

在结构光系统的全测量空间域内，对一标准标记平板在多个姿态下进行投影仪条纹投影与相机图像获取；

从获取的相机图像中提取各姿态下的平板标记点坐标以及平板测量相位图，并基于相位映射原理，计算平板标记点在投影仪成像面上的对应点坐标；

基于各所述平板标记点坐标与各所述对应点坐标，对所述结构光系统进行标定，得到预标定数据。

优选的，所述预标定数据包括相机成像模型、投影仪成像模型、标定板的各姿态参数以及各所述姿态参数对应的测量相位图。

优选的，所述基于所述预标定数据，分别计算相机像素点在投影仪成像面上的实际对应点与模型对应点，包括：

基于相位映射原理，计算在各有效预标定平板姿态下，每个有效相机像素点的预标定相位在投影仪成像面上的实际对应点；

基于所述相机成像模型，计算在各所述有效预标定平板姿态下，每个所述有效相机像素点到所述标准标记平板的反投影三维点的坐标；

基于所述投影仪成像模型，计算所述反投影三维点到投影仪成像面的投影点，所述投影点即为模型对应点。

优选的，所述计算所述实际对应点与模型对应点的差值，根据所述差值对投影仪的全场残余畸变进行拟合标定，包括：

计算所有所述实际对应点与模型对应点的差值，将所述差值确定为所述实际对应点的残余畸变；

对全测量空间下的各所述残余畸变进行拟合降噪，得到投影仪全视场下的残余畸变标定模型。

第二方面，本申请实施例提供了一种无需附加操作的投影仪残余畸变全场标定装置，所述装置包括：

预标定模块，用于对结构光系统进行标准标记平板的多姿态预标定，得到预标定数据；

计算模块，用于基于所述预标定数据，分别计算相机像素点在投影仪成像面上的实际对应点与模型对应点；

标定模块，用于计算所述实际对应点与模型对应点的差值，根据所述差值对投影仪的全场残余畸变进行拟合标定。

第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面或第一方面的任意一种可能的实现方式提供的方法的步骤。

第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面或第一方面的任意一种可能的实现方式提供的方法。

本发明的有益效果为：通过使用预标定过程中的全测量空间平板标定姿态与所有有效相机像素进行采样分析，标定结果分辨率与精度高。且对残余畸变的标定不再需要任何附加操作，仅通过分析系统预标定数据即可得到结果，使用方便、效率优良。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种无需附加操作的投影仪残余畸变全场标定方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种无需附加操作的投影仪残余畸变全场标定方法的原理示意图；

图3为本申请实施例提供的一种无需附加操作的投影仪残余畸变全场标定装置的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在下述介绍中，术语“第一”、“第二”仅为用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下述介绍提供了本发明的多个实施例，不同实施例之间可以替换或者合并组合，因此本发明也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含特征A、B、C，另一个实施例包含特征B、D，那么本发明也应视为包括含有A、B、C、D的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。

下面的描述提供了示例，并且不对权利要求书中阐述的范围、适用性或示例进行限制。可以在不脱离本发明内容的范围的情况下，对描述的元素的功能和布置做出改变。各个示例可以适当省略、替代或添加各种过程或组件。例如所描述的方法可以以所描述的顺序不同的顺序来执行，并且可以添加、省略或组合各种步骤。此外，可以将关于一些示例描述的特征组合到其他示例中。

参见图1，图1是本申请实施例提供的一种无需附加操作的投影仪残余畸变全场标定方法的流程示意图。在本申请实施例中，所述方法包括：

S101、对结构光系统进行标准标记平板的多姿态预标定，得到预标定数据。

所述结构光系统在本申请实施例中可以理解为由相机与投影仪组成的系统结构。

所述标准标记平板在本申请实施例中可以理解为棋盘格、圆点/圆环阵列板或其他具有准确世界坐标标记的高精度标准平板。

在本申请实施例中，为了无需其余附加操作的进行残余畸变标定，需要基于已确定的高精度标准标记平板对结构光系统进行多姿态下的预标定，以此得到预标定数据。此处多姿态是指标准标记平板处于不同的空间位置或空间角度下的多种不同的姿态。

在一种可实施方式中，步骤S101包括：

在结构光系统的全测量空间域内，对一标准标记平板在多个姿态下进行投影仪条纹投影与相机图像获取；

从获取的相机图像中提取各姿态下的平板标记点坐标以及平板测量相位图，并基于相位映射原理，计算平板标记点在投影仪成像面上的对应点坐标；

基于各所述平板标记点坐标与各所述对应点坐标，对所述结构光系统进行标定，得到预标定数据。

在本申请实施例中，将结构光系统的全测量空间域内针对选取的某一个标准标记平板来获取其多姿态下的投影仪条纹投影与相机图像，并从中分别提取各个姿态下的平板标记点坐标和平板测量相位图。得到前述数据后，便能基于相位映射原理计算平板标记点在投影仪成像面上的对应点坐标。通过各姿态下的平板标记点坐标和对应点坐标对结构光系统进行标定后，可以得到后续计算所需的预标定数据。

在一种可实施方式中，所述预标定数据包括相机成像模型、投影仪成像模型、标定板的各姿态参数以及各所述姿态参数对应的测量相位图。

具体的，由于标准标记平板上的所有标记点世界坐标已知，可以分别使用Zhengyou Zhang的标准标记平板标定法对相机进行预标定，与Song Zhang的基于相位测量与映射的标准标记平板标定法对投影仪进行预标定，得到下面的相机与投影仪成像模型：

同时还能够获得初级畸变模型如下：

其中，[X，Y，Z]＝M是某个三维世界坐标点；上标c与p分别表示属于相机与投影仪的变量；例如，[u^c，v^c]＝m^c与[u^p，v^p]＝m^p分别表示M在相机与投影仪成像面上的理想(无畸变)投影点；A表示相机或投影仪的内参矩阵，分别由各自的焦距[f_u，f_v]、主点[u_o，v_o]与偏斜因子skew组成；外参R与t分别是由某标定平板所确定的世界坐标系到相机或投影仪坐标系的旋转变换矩阵与平移向量；而s是不确定尺度因子；[x，y]与[x′，y′]分别是成像面理想像素点[u，v]与实际畸变像素点[u′，v′]基于单位投影方程[u，v，1]^T＝A[x，y，1]^T的归一化坐标；畸变参数包括径向畸变参数k＝[k₁，k₂，k₃]与切向畸变参数ρ＝[ρ₁，ρ₂]；而r²＝x²+y²。使用Matlab或Opencv相机标定工具箱，可对上述两式的包含初级畸变的相机与投影仪成像模型进行标定。

预标定结果包括a)相机与投影仪的成像模型，即上述公式中的内参矩阵与畸变参数；b)各标定板姿态参数，即上述公式中的外参变量；以及c)对应于各姿态标定板的二维测量相位图数据。此外，还有其他预标定结果，如各姿态标定板的标记像素点坐标等，与后面的残余标定无关，可以忽略。

S102、基于所述预标定数据，分别计算相机像素点在投影仪成像面上的实际对应点与模型对应点。

所述实际对应点在本申请实施例中可以理解为根据相机像素点的预标定相位值所确定的投影仪成像面上的点。

所述模型对应点在本申请实施例中可以理解为分别经过相机成像模型与投影仪成像模型的反、正投影后，在投影仪成像面上形成的点。

在本申请实施例中，得到预标定数据后，仅根据预标定数据便能够分别计算出残余畸变标定所需要的实际对应点与模型对应点。

在一种可实施方式中，步骤S102包括：

基于相位映射原理，计算在各有效预标定平板姿态下，每个有效相机像素点的预标定相位在投影仪成像面上的实际对应点；

基于所述相机成像模型，计算在各所述有效预标定平板姿态下，每个所述有效相机像素点到所述标准标记平板的反投影三维点的坐标；

基于所述投影仪成像模型，计算所述反投影三维点到投影仪成像面的投影点，所述投影点即为模型对应点。

所述有效预标定平板姿态在本申请实施例中可以理解为小于特定重投影误差阈值或具有其他优良属性的预标定平板姿态。

所述有效相机像素在本申请实施例中可以理解为对应于标准标记平板上白色或高相位调制度区域的像素点。

在本申请实施例中，如图2所示，图中O^c与O^p分别表示相机与投影仪的光心。基于相位映射原理，首先计算在各个有效预标定平板姿态下，每个有效相机像素点(如m^c)的预标定相位在投影仪成像面上的实际对应点m″。再基于预标定数据中的相机成像模型，计算在各个有效预标定姿态下，每个有效相机像素点(如m^c)到标准平板的反投影三维点坐标M；接着基于预标定投影仪模型，计算三维反投影点M到投影仪成像面的投影点，即模型对应点m′。

具体的，相位映射原理是指任一相机像素点与其投影仪对应点必定有相同相位。基于该原理与投影条纹相位公式，如：

计算在各个有效预标定平板姿态下，每个有效相机像素点，如m^c的预标定相位

在投影仪成像面上的实际对应点m″＝[u″，v″]。其中，P_u与P_v分别是u向与v向二维条纹的相位周期，单位是像素。

对于模型对应点的计算，首先基于预标定相机模型，在各个有效预标定姿态下，对每个有效相机像素点，如m^c，反向调用初级畸变模型计算式进行去畸变处理；再反向调用成像模型计算式的上半部分相机投影公式，如：

计算其到标准平板(Z＝0)的反投影三维点坐标M＝[X，Y，Z]。接着基于成像模型计算式下半部的预标定投影仪模型，计算三维反投影点M到投影仪成像面的投影点；并使用初级畸变模型计算式附加畸变，得到模型对应点m′＝[u′，v′]。

S103、计算所述实际对应点与模型对应点的差值，根据所述差值对投影仪的全场残余畸变进行拟合标定。

在本申请实施例中，确定了实际对应点与模型对应点后，通过计算二者的差值便能够对投影仪的全场残余畸变进行拟合标定。

在一种可实施方式中，步骤S103包括：

计算所有所述实际对应点与模型对应点的差值，将所述差值确定为所述实际对应点的残余畸变；

对全测量空间下的各所述残余畸变进行拟合降噪，得到投影仪全视场下的残余畸变标定模型。

在本申请实施例中，计算所有实际对应点与模型对应点之差，即为对应于投影仪实际像素位置m″的残余畸变δ＝m″-m′＝[δ_u，δ_v]。并对这些全测量空间下的二维残余畸变采样点数据，分别使用5级层次B样条进行拟合降噪，得到投影仪全视场范围下的残余畸变标定模型：δ_u＝f_u(m″)与δ_v＝f_v(m″)。

此外，利用标定得到的残余畸变模型后，可以结合投影仪对应点矫正搜索法进行高精度三维重建。

下面将结合附图3，对本发明实施例提供的无需附加操作的投影仪残余畸变全场标定装置进行详细介绍。需要说明的是，附图3所示的无需附加操作的投影仪残余畸变全场标定装置，用于执行本发明图1所示实施例的方法，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体

技术细节未揭示的，请参考本发明图1所示的实施例。

请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种无需附加操作的投影仪残余畸变全场标定装置。如图3所示，所述装置包括：

预标定模块301，用于对结构光系统进行标准标记平板的多姿态预标定，得到预标定数据；

计算模块302，用于基于所述预标定数据，分别计算相机像素点在投影仪成像面上的实际对应点与模型对应点；

标定模块303，用于计算所述实际对应点与模型对应点的差值，根据所述差值对投影仪的全场残余畸变进行拟合标定。

在一种可实施方式中，预标定模块301包括：

多姿态数据获取单元，用于在结构光系统的全测量空间域内，对一标准标记平板在多个姿态下进行投影仪条纹投影与相机图像获取；

坐标计算单元，用于从获取的相机图像中提取各姿态下的平板标记点坐标以及平板测量相位图，并基于相位映射原理，计算平板标记点在投影仪成像面上的对应点坐标；

预标定单元，用于基于各所述平板标记点坐标与各所述对应点坐标，对所述结构光系统进行标定，得到预标定数据。

在一种可实施方式中，计算模块302包括：

实际对应点计算单元，用于基于相位映射原理，计算在各有效预标定平板姿态下，每个有效相机像素点的预标定相位在投影仪成像面上的实际对应点；

反投影三维点计算单元，用于基于所述相机成像模型，计算在各所述有效预标定平板姿态下，每个所述有效相机像素点到所述标准标记平板的反投影三维点的坐标；

模型对应点计算单元，用于基于所述投影仪成像模型，计算所述反投影三维点到投影仪成像面的投影点，所述投影点即为模型对应点。

在一种可实施方式中，标定模块303包括：

差值计算单元，用于计算所有所述实际对应点与模型对应点的差值，将所述差值确定为所述实际对应点的残余畸变；

拟合单元，用于对全测量空间下的各所述残余畸变进行拟合降噪，得到投影仪全视场下的残余畸变标定模型。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例的技术方案可借助软件和/或硬件来实现。本说明书中的“单元”和“模块”是指能够独立完成或与其他部件配合完成特定功能的软件和/或硬件，其中硬件例如可以是现场可编程门阵列(Field－ProgrammableGate Array，FPGA)、集成电路(Integrated Circuit，IC)等。

本发明实施例的各处理单元和/或模块，可通过实现本发明实施例所述的功能的模拟电路而实现，也可以通过执行本发明实施例所述的功能的软件而实现。

参见图4，其示出了本发明实施例所涉及的一种电子设备的结构示意图，该电子设备可以用于实施图1所示实施例中的方法。如图4所示，电子设备400可以包括：至少一个中央处理器401，至少一个网络接口404，用户接口403，存储器405，至少一个通信总线402。

其中，通信总线402用于实现这些组件之间的连接通信。

其中，用户接口403可以包括显示屏(Display)、摄像头(Camera)，可选用户接口403还可以包括标准的有线接口、无线接口。

其中，网络接口404可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。

其中，中央处理器401可以包括一个或者多个处理核心。中央处理器401利用各种接口和线路连接整个终端400内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器405内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器405内的数据，执行终端400的各种功能和处理数据。可选的，中央处理器401可以采用数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、可编程逻辑阵列(Programmable Logic Array，PLA)中的至少一种硬件形式来实现。中央处理器401可集成中央中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、图像中央处理器(GraphicsProcessing Unit，GPU)和调制解调器等中的一种或几种的组合。其中，CPU主要处理操作系统、用户界面和应用程序等；GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制；调制解调器用于处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调器也可以不集成到中央处理器401中，单独通过一块芯片进行实现。

其中，存储器405可以包括随机存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括只读存储器(Read-Only Memory)。可选的，该存储器405包括非瞬时性计算机可读介质(non-transitory computer-readable storage medium)。存储器405可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器405可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于至少一个功能的指令(比如触控功能、声音播放功能、图像播放功能等)、用于实现上述各个方法实施例的指令等；存储数据区可存储上面各个方法实施例中涉及到的数据等。存储器405可选的还可以是至少一个位于远离前述中央处理器401的存储装置。如图4所示，作为一种计算机存储介质的存储器505中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及程序指令。

在图4所示的电子设备400中，用户接口403主要用于为用户提供输入的接口，获取用户输入的数据；而处理器401可以用于调用存储器405中存储的无需附加操作的投影仪残余畸变全场标定应用程序，并具体执行以下操作：

对结构光系统进行标准标记平板的多姿态预标定，得到预标定数据；

基于所述预标定数据，分别计算相机像素点在投影仪成像面上的实际对应点与模型对应点；

计算所述实际对应点与模型对应点的差值，根据所述差值对投影仪的全场残余畸变进行拟合标定。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。其中，计算机可读存储介质可以包括但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘、DVD、CD-ROM、微型驱动器以及磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、DRAM、VRAM、闪速存储器设备、磁卡或光卡、纳米系统(包括分子存储器IC)，或适合于存储指令和/或数据的任何类型的媒介或设备。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些服务接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通进程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取器(Random AccessMemory，RAM)、磁盘或光盘等。

以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本发明旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。

Claims (4)

1.一种无需附加操作的投影仪残余畸变全场标定方法，其特征在于，所述方法包括：

对结构光系统进行标准标记平板的多姿态预标定，得到预标定数据；

基于所述预标定数据，分别计算相机像素点在投影仪成像面上的实际对应点与模型对应点；

计算所述实际对应点与模型对应点的差值，根据所述差值对投影仪的全场残余畸变进行拟合标定；

所述对结构光系统进行标准标记平板的多姿态预标定，得到预标定数据，包括：

在结构光系统的全测量空间域内，对一标准标记平板在多个姿态下进行投影仪条纹投影与相机图像获取；

从获取的相机图像中提取各姿态下的平板标记点坐标以及平板测量相位图，并基于相位映射原理，计算平板标记点在投影仪成像面上的对应点坐标；

基于各所述平板标记点坐标与各所述对应点坐标，对所述结构光系统进行标定，得到预标定数据；

所述预标定数据包括相机成像模型、投影仪成像模型、标定板的各姿态参数以及各所述姿态参数对应的测量相位图；

所述基于所述预标定数据，分别计算相机像素点在投影仪成像面上的实际对应点与模型对应点，包括：

基于相位映射原理，计算在各有效预标定平板姿态下，每个有效相机像素点的预标定相位在投影仪成像面上的实际对应点，所述有效预标定平板姿态为小于特定重投影误差阈值或具有其他优良属性的预标定平板姿态，所述有效相机像素为对应于标准标记平板上白色或高相位调制度区域的像素点；

基于所述相机成像模型，计算在各所述有效预标定平板姿态下，每个所述有效相机像素点到所述标准标记平板的反投影三维点的坐标；

基于所述投影仪成像模型，计算所述反投影三维点到投影仪成像面的投影点，所述投影点即为模型对应点；

所述计算所述实际对应点与模型对应点的差值，根据所述差值对投影仪的全场残余畸变进行拟合标定，包括：

计算所有所述实际对应点与模型对应点的差值，将所述差值确定为所述实际对应点的残余畸变；

对全测量空间下的各所述残余畸变进行拟合降噪，得到投影仪全视场下的残余畸变标定模型；

所述相位映射原理是指任一相机像素点与其投影仪对应点必定有相同相位，所述计算平板标记点在投影仪成像面上的对应点坐标包括：

基于所述相位映射原理与如下的投影条纹相位公式，

计算在各个有效预标定平板姿态下，每个有效相机像素点m^c的预标定相位

在投影仪成像面上的实际对应点为m"＝[u"，v"]其中，P_u与P_v分别是u向与v向二维条纹的相位周期，单位是像素；

对于模型对应点的计算，首先基于预标定相机模型，在各个有效预标定姿态下，对每个有效相机像素点m^c，反向调用初级畸变模型计算式进行去畸变处理；再反向调用成像模型计算式的上半部分相机投影公式：

计算其到标准平板的反投影三维点坐标M＝[X，Y，Z]，接着基于成像模型计算式下半部的预标定投影仪模型，计算三维反投影点M到投影仪成像面的投影点；并使用初级畸变模型计算式附加畸变，得到模型对应点m′＝[u′，v′]，上式中，[u，v]为成像面理想像素点，s是不确定尺度因子。

2.一种无需附加操作的投影仪残余畸变全场标定装置，其特征在于，所述装置包括：

预标定模块，用于对结构光系统进行标准标记平板的多姿态预标定，得到预标定数据；

计算模块，用于基于所述预标定数据，分别计算相机像素点在投影仪成像面上的实际对应点与模型对应点；

标定模块，用于计算所述实际对应点与模型对应点的差值，根据所述差值对投影仪的全场残余畸变进行拟合标定；

所述对结构光系统进行标准标记平板的多姿态预标定，得到预标定数据，包括：

在结构光系统的全测量空间域内，对一标准标记平板在多个姿态下进行投影仪条纹投影与相机图像获取；

从获取的相机图像中提取各姿态下的平板标记点坐标以及平板测量相位图，并基于相位映射原理，计算平板标记点在投影仪成像面上的对应点坐标；

基于各所述平板标记点坐标与各所述对应点坐标，对所述结构光系统进行标定，得到预标定数据；

所述预标定数据包括相机成像模型、投影仪成像模型、标定板的各姿态参数以及各所述姿态参数对应的测量相位图；

所述基于所述预标定数据，分别计算相机像素点在投影仪成像面上的实际对应点与模型对应点，包括：

基于相位映射原理，计算在各有效预标定平板姿态下，每个有效相机像素点的预标定相位在投影仪成像面上的实际对应点，所述有效预标定平板姿态为小于特定重投影误差阈值或具有其他优良属性的预标定平板姿态，所述有效相机像素为对应于标准标记平板上白色或高相位调制度区域的像素点；

基于所述相机成像模型，计算在各所述有效预标定平板姿态下，每个所述有效相机像素点到所述标准标记平板的反投影三维点的坐标；

基于所述投影仪成像模型，计算所述反投影三维点到投影仪成像面的投影点，所述投影点即为模型对应点；

所述计算所述实际对应点与模型对应点的差值，根据所述差值对投影仪的全场残余畸变进行拟合标定，包括：

计算所有所述实际对应点与模型对应点的差值，将所述差值确定为所述实际对应点的残余畸变；

对全测量空间下的各所述残余畸变进行拟合降噪，得到投影仪全视场下的残余畸变标定模型；

所述相位映射原理是指任一相机像素点与其投影仪对应点必定有相同相位，所述计算平板标记点在投影仪成像面上的对应点坐标包括：

基于所述相位映射原理与如下的投影条纹相位公式，

计算在各个有效预标定平板姿态下，每个有效相机像素点m^c的预标定相位

在投影仪成像面上的实际对应点为m"＝[u"，v"]其中，P_u与P_v分别是u向与v向二维条纹的相位周期，单位是像素；

对于模型对应点的计算，首先基于预标定相机模型，在各个有效预标定姿态下，对每个有效相机像素点m^c，反向调用初级畸变模型计算式进行去畸变处理；再反向调用成像模型计算式的上半部分相机投影公式：

计算其到标准平板的反投影三维点坐标M＝[X，Y，Z]接着基于成像模型计算式下半部的预标定投影仪模型，计算三维反投影点M到投影仪成像面的投影点；并使用初级畸变模型计算式附加畸变，得到模型对应点m′＝[u′，v′]，上式中，[u，v]为成像面理想像素点，s是不确定尺度因子。

3.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1所述方法的步骤。

4.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1所述方法的步骤。

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