三维成像系统中投影镜头畸变的标定与修正研究

发布时间：2017-09-02 01:11

  本文关键词：三维成像系统中投影镜头畸变的标定与修正研究

  更多相关文章： 投影仪标定 条纹投影 共轴光学系统 绝对相位计算 畸变修正

【摘要】：随着数字微镜器件DMD(Digital Micromirror Device)的发展,基于DMD的数字光处理(DLP:digital light processing)投影仪由于具有高对比度、高亮度、高效率及可二次开发等优点,已经越来越广泛的应用于三维测量系统中投射数字结构光条纹。由于投影仪可以当作一个光路逆向的相机,因此投影仪标定对于将单目视觉转换为双目视觉,恢复物体的三维形貌有着十分重要的意义。现有的商用投影仪并非专门面向精密的三维测量,投影仪镜头不可避免的存在由于加工和装配造成的非线性畸变,因而不能用传统的针孔成像模型来表示。在三维形貌测量尤其是视场较大的测量中,需要建立投影仪的非线性模型。标定DLP投影仪的几何参数,消除投影仪的镜头畸变,对于提高系统的测量精度具有重要的意义。通过建立投影仪的非线性模型,提出了一种基于投影和成像共光轴结构的投影仪标定方法。利用半透半反镜使投影仪的投影光轴和相机的成像光轴共轴,因此,投影仪可以真正当作一个逆向使用的相机。设计并制造了表面有圆环的标定板。通过投影仪向其投射水平及垂直方向的正弦条纹,计算每个圆环标志的中心点的相位。利用相位关系得到投影仪像素坐标系中对应点位置,进而标定投影仪的内参和外参。实验结果证明该方法可以精确的获得投影仪的相关参数。该方法的一个优点是不依赖于相机的标定,没有相机的累积误差;另一个优点就是共轴结构可以有效减小标识点提取的透视投影误差,使标定结果比普通非共轴结果更精确,尤其对于投影仪的主点位置和径向畸变系数。接下来根据标定的畸变系数,完成投影镜头畸变的图形化显示并利用双线性插值消除投影仪镜头的畸变。实验结果证明了该方法的有效性。
【关键词】：投影仪标定 条纹投影 共轴光学系统 绝对相位计算 畸变修正
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH741.5
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 符号说明9-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 研究背景及应用10-16
• 1.1.1 光学三维测量技术简介10-11
• 1.1.2 三维光学测量技术的应用11-16
• 1.2 国内外发展现状16-20
• 1.2.1 国外的典型三维扫描仪16-18
• 1.2.2 国内的典型三维扫描仪18-19
• 1.2.3 国内外的投影仪标定方法19-20
• 1.3 课题的研究目的及意义20-21
• 1.4 课题的来源研究内容及创新点21-24
• 第二章 投影镜头畸变的基本原理与模型24-32
• 2.1 理想镜头的线性模型24-27
• 2.2 镜头的畸变原理与模型27-29
• 2.2.1 径向畸变27-28
• 2.2.2 偏心畸变28-29
• 2.2.3 薄棱镜畸变29
• 2.3 实际投影镜头的非线性模型29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 投影仪的标定32-50
• 3.1 投影仪的分类32-37
• 3.1.1 LCD投影仪33
• 3.1.2 DLP投影仪33-35
• 3.1.3 DLP投影仪的优势35-37
• 3.2 投影仪和相机的共轴结构37-42
• 3.2.1 采用共轴结构的原因37-40
• 3.2.2 共轴结构的实现40-42
• 3.3 投影仪标定的原理42-48
• 3.3.1 标定板的选择43-44
• 3.3.2 折叠相位及展开相位的获取44-45
• 3.3.3 相机投影仪之间关系的建立45-48
• 3.3.4 投影仪的标定48
• 3.4 本章小结48-50
• 第四章 投影镜头畸变的几何校正50-60
• 4.1 畸变的几何校正原理50-55
• 4.1.1 空间位置校正50-51
• 4.1.2 灰度重建51-55
• 4.2 投影镜头畸变修正的仿真55-56
• 4.3 投影仪镜头畸变的实际验证56-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第五章 实验及结果分析60-74
• 5.1 投影镜头畸变的标定实验及结果60-65
• 5.1.1 标定的实验系统60-61
• 5.1.2 实验结果61-65
• 5.1.3 标定结果的评价分析65
• 5.2 投影镜头畸变修正效果验证实验65-72
• 5.2.1 验证原理及实验系统66-68
• 5.2.2 实验结果及数据分析68-72
• 5.3 本章小结72-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 6.1 总结74-75
• 6.2 展望75-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-82
• 攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果82

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本文编号：775478