结构光三维测量中的斜投影校正方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及基于结构光的三维测量技术领域，尤其涉及一种结构光三维测量中的 斜投影校正方法及系统。
【背景技术】
[0002] 基于结构光的3d检测系统被应用于非常广阔的范围。比如3dspi系统可以检测 锡膏高度，3daoi系统可以检测元件高度，3d扫描系统可以快速高精度重构出被测物体的 点云数据等等。
[0003] 这些基于结构光的3d检测系统都包含一个或多个投射结构光的投影系统和一个 或多个抓取图像的取像系统。取像系统抓取被投射结构光之后的物体的像，通过基于三角 关系的重构算法得出物体的高度值。
[0004] 现有3d检测系统中，有一大部分均为使用斜投投影和正面相机的方法，抓取带有 条纹图的被测物体像。条纹图在有高度的被测物体上发生形变，从而提供信息帮助我们通 过算法计算出被测物体的高度值。不同的算法会使用不同的条纹，比如正弦条纹、二进制编 码等等。
[0005] 无论投射何种条纹，我们计算被测高度的前提是，投影到零高度的平面上时的条 纹是标准的、与我们原本输入投影机的条纹是一致的。这样，在条纹产生扭曲时我们才可以 认定该扭曲是由于被测物体高低不平造成的，从而计算出被测物体高度。
[0006] 然而斜投投影投由于光学设计的限制在平面上都会出现扭曲变形，影响实际测量 结果。通常的做法是做相机与投影的系统矫正，将此处的扭曲在系统中做出矫正。然而，这 种校正方法不能避免投影机的系统误差。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种结构光三维测量中的斜投影校正方法及 系统，以解决现有技术中的校正方法不能避免投影机的系统误差的问题。本发明是这样实 现的：
[0008] -种结构光三维测量中的斜投影校正方法，包括如下步骤：
[0009] 根据输入投影机的原始图像及所述投影机将所述原始图像斜投影到投影平面上 得到的投影图像计算所述原始图像到所述投影图像的扭曲；
[0010] 根据所述扭曲计算要获得目标投影图像需要输入所述投影机的源图像；
[0011] 将所述源图像输入所述投影机以投影出所述目标投影图像。
[0012]进一步地，设原始图像中的任意点的坐标为n(x(i，ytl)，将所述原始图像斜投影到投 影平面上得到的投影图像中与坐标n(x(l，yci)对应的点的坐标为m(x，y);计算扭曲的方法 为：根据n(xq，yq)及m(x，y)拟合由m(x，y)到n(xq，yq)的函数曲线。
[0013] 进一步地，拟合由m(x，y)到numyj的函数曲线的公式如下：
[0014]x〇=ax3 bx2 cx d；
[0015]y0=ey3 fy2 gy h。
[0016] 进一步地，设源图像中任一点的灰度为n(i，j)，目标投影图像中与灰度为n(i，j) 的点对应的点为mqm丸)，则：
[0017]
函数为向下取整函数。
[0018] 一种结构光三维测量中的斜投影校正系统，包括：
[0019] 扭曲计算单元，用于根据输入投影机的原始图像及所述投影机将所述原始图像斜 投影到投影平面上得到的投影图像计算所述原始图像到所述投影图像的扭曲；
[0020] 源图像计算单元，用于根据所述扭曲计算要获得目标投影图像需要输入所述投影 机的源图像；
[0021] 投影单元，用于将所述源图像输入所述投影机以投影出所述目标投影图像。
[0022]进一步地，设原始图像中的任意点的坐标为n(x(i，％)，将所述原始图像斜投影到投 影平面上得到的投影图像中与坐标nud,yj对应的点的坐标为m(x,y);扭曲计算单元计算 扭曲的方法为：根据n(xq,yq)及m(x,y)拟合由m(x,y)到n(xq,yq)的函数曲线。
[0023] 进一步地，拟合由m(x,y)到n(x。，yq)的函数曲线的公式如下：
[0024]x〇=ax3 bx2 cx d；
[0025]y0=ey3 fy2 gy h。
[0026] 进一步地，设源图像中任一点的灰度为n(i，j)，目标投影图像中与灰度为n(i，j) 的点对应的点为mqm丸)，则：
[0027]
函数为向下取整函数。
[0028] 与现有技术相比，本发明根据希望获得的目标投影图像，再结合计算得出的由原 始图像到将所述原始图像斜投影到投影平面上得到的投影图像的扭曲，反求出要获得目标 投影图像需要输入所述投影机的源图像，从而获得了标准的目标投影图像。该校正方法只 涉及投影校正，避免了投影机的系统误差对投影造成的影响。
【附图说明】
[0029] 图1 :本发明提出的结构光三维测量中的斜投影校正方法流程示意图；
[0030] 图2 :keystone效应不意图；
[0031] 图3 :x方向上的拟合示意图；
[0032] 图4:计算得出的源图像示意图；
[0033] 图5 :该源图像斜投影到投影平面上形成的目标投影图像示意图；
[0034] 图6 :本发明提出的结构光三维测量中的斜投影校正系统组成示意图。
【具体实施方式】
[0035] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。
[0036] 如图1所示，本发明提出的结构光三维测量中的斜投影校正方法包括如下步骤：
[0037] 步骤s1 :根据输入投影机的原始图像及投影机将原始图像斜投影到投影平面上 得到的投影图像计算原始图像到投影图像的扭曲。
[0038] 设原始图像为n矩阵，将原始图像斜投影到投影平面上得到的投影图像为m矩阵。 原始图像中的设原始图像中的任意点的坐标为n(x(i，％)，将原始图像斜投影到投影平面上 得到的投影图像中与坐标n(x(l，yci)对应的点的坐标为m(x，y)。斜投影在投影平面上会产 生keystone效应，这种效应会导致原本标准的原始图像n矩阵投影到投影平面后会发生扭 曲，形成如图2所示的不标准的投影图像m矩阵。如图2所示，虚线为投影机1的光轴。以 顺着投影方向为y轴，垂直于投影方向为x轴，则扭曲分为x轴上的扭曲及y轴上的扭曲， 且x轴上的扭曲与y轴上的扭曲正交。图2的视角为从正对光轴2的顶部往下，实际上光 轴2与y轴并未重合，而是在y轴正上方。即在x、y两个方向上的扭曲是可以分开计算而 互不干扰的。同时，光路模拟也提供了准确的投射平面的网格数据。同样的，网格数据也可 以用上传标准的网格图与投影机1，再通过抓取投影机1投影出的图像对比获得。将斜投影 的光路设计和投影结果m矩阵模拟出来，将扭曲方向分为x、y两个方向，并对两个方向分别 进行高阶拟合，得出原始图像与投影图像之间的扭曲。然后，根据所希望获得的投影图像， 根据该扭曲逆向重新设计原始图像n矩阵，使原始图像n矩阵形成反向变形，从而保证斜投 影得到的图像为标准的投影图像。
[0039] 通过扭曲的网格数据，可以得到每个网格点应在的原本位置n(x(l，yci)及因为 keystone效应造成的偏移过的投射图所在的位置m(x，y)。有两组nu^yd)