本發(fā)明屬于光學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多方位投影的投影儀標(biāo)定方法及裝置。

背景技術(shù)：

三維成像系統(tǒng)的標(biāo)定技術(shù)在三維成像中是非常關(guān)鍵一步，其中，三維數(shù)字成像中的投影儀標(biāo)定技術(shù)是一種用于估計(jì)三維成像系統(tǒng)中投影儀的固定內(nèi)部參數(shù)的方法，投影儀標(biāo)定技術(shù)為三維成像技術(shù)提供重要的三維成像條件，更優(yōu)的標(biāo)定技術(shù)和方法能為三維成像提供更好的成像條件。

目前，三維成像系統(tǒng)可分為兩類，一類是由單相機(jī)、單投影儀組成的三維成像系統(tǒng)，另一類是由雙相機(jī)、單投影儀組成的系統(tǒng)。第一類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量速度快、測(cè)量效率高，但其成像系統(tǒng)必須涉及到相機(jī)和投影儀的標(biāo)定。相機(jī)的標(biāo)定技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的比較成熟，但是投影儀卻不然，最大的困難是投影儀不是成像設(shè)備，因而不能采集圖像，那么如何精確獲取特征點(diǎn)在投影儀圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)是要解決的一大難題。

目前常用相位法對(duì)投影儀進(jìn)行標(biāo)定，這種相位法具體為：投射相位編碼圖到標(biāo)靶平面，利用相位解調(diào)技術(shù)求出標(biāo)靶特征點(diǎn)的相位，進(jìn)而求得對(duì)應(yīng)投影儀圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。這種方法考慮了非線性畸變，同時(shí)也不需要利用相機(jī)的標(biāo)定結(jié)果；但是，一方面，該方法存在特征點(diǎn)圖像提取不準(zhǔn)確的問(wèn)題；另一方面，標(biāo)靶特征點(diǎn)的三維世界坐標(biāo)x是作為已知量輸入的，它與其真實(shí)坐標(biāo)之間的偏差(由于標(biāo)靶不是理想平面、三維點(diǎn)印制誤差等多種因素導(dǎo)致)會(huì)引入系統(tǒng)誤差，降低標(biāo)定結(jié)果的可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種多方位投影的投影儀標(biāo)定方法及裝置，旨在解決利用相位法進(jìn)行標(biāo)定時(shí)存在的特征點(diǎn)圖像提取不準(zhǔn)確、標(biāo)靶特征點(diǎn)的三維世界坐標(biāo)與真實(shí)值之間有偏差從而引入系統(tǒng)誤差的問(wèn)題，使得標(biāo)定結(jié)果更加精確。

本發(fā)明提供了一種多方位投影的投影儀標(biāo)定方法，所述投影儀標(biāo)定方法應(yīng)用于投影儀標(biāo)定系統(tǒng)，所述投影儀標(biāo)定系統(tǒng)包括：投影儀、相機(jī)和標(biāo)靶，所述相機(jī)位于所述標(biāo)靶上方，并且相機(jī)的光軸和標(biāo)靶所在平面垂直；所述投影儀標(biāo)定方法包括：

步驟s1，利用所述投影儀依次在標(biāo)靶周圍預(yù)置的n個(gè)指定方位投射預(yù)置的標(biāo)定圖案到標(biāo)靶平面，在每個(gè)指定方位用所述相機(jī)采集標(biāo)靶信息圖；

步驟s2，對(duì)每個(gè)指定方位下的標(biāo)靶信息圖進(jìn)行特征點(diǎn)提取得到標(biāo)靶特征點(diǎn)在相機(jī)圖像坐標(biāo)系下的位置，利用相位解調(diào)技術(shù)得到標(biāo)靶信息圖的相位分布，結(jié)合標(biāo)靶特征點(diǎn)的位置和標(biāo)靶信息圖的相位分布，并經(jīng)過(guò)亞像素插值計(jì)算得到標(biāo)靶特征點(diǎn)的精確相位及基于所述標(biāo)靶特征點(diǎn)的精確相位得到投影儀圖像坐標(biāo)系中與所述標(biāo)靶特征點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的亞像素坐標(biāo)xi，i＝1,2,......n；

步驟s3，利用得到的投影儀圖像坐標(biāo)系下亞像素坐標(biāo)xi和已知的標(biāo)靶特征點(diǎn)的三維世界坐標(biāo)x對(duì)所述投影儀進(jìn)行標(biāo)定，求得初始標(biāo)定參數(shù)，i＝1,2,......n；

所述初始標(biāo)定參數(shù)包括：由投影儀與標(biāo)靶組成的n個(gè)外參θ1、θ2......θn，和投影儀內(nèi)部參數(shù)θ；

步驟s4，利用光束平差法對(duì)所述初始標(biāo)定參數(shù)和所述三維世界坐標(biāo)x進(jìn)行優(yōu)化，得到最終標(biāo)定參數(shù)。

進(jìn)一步地，所述預(yù)置的n個(gè)指定方位需要滿足：所述投影儀在所述預(yù)置的n個(gè)指定方位投射的標(biāo)定圖案在標(biāo)靶平面聚焦。

進(jìn)一步地，所述預(yù)置的標(biāo)定圖案包括：若干幅正弦周期相移圖和若干幅格雷碼圖；所述標(biāo)靶信息圖包括：若干幅含有標(biāo)靶信息的相移圖和若干幅含有標(biāo)靶信息的格雷碼圖。

進(jìn)一步地，所述基于所述標(biāo)靶特征點(diǎn)的精確相位得到投影儀圖像坐標(biāo)系中與所述標(biāo)靶特征點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的亞像素坐標(biāo)xi，包括：

根據(jù)投影儀圖像坐標(biāo)系下的標(biāo)靶特征點(diǎn)的亞像素坐標(biāo)與相位的映射關(guān)系，即利用以下公式計(jì)算得到與所述標(biāo)靶特征點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的亞像素坐標(biāo)xi；

其中，代表所述標(biāo)靶特征點(diǎn)的精確相位，t代表相位周期寬度，i＝1,2,......n。

進(jìn)一步地，所述步驟s4中，所述光束平差法具體為：假設(shè)每個(gè)指定方位下的標(biāo)靶特征點(diǎn)有m個(gè)，通過(guò)最小化目標(biāo)函數(shù)對(duì)所述初始標(biāo)定參數(shù)和標(biāo)靶特征點(diǎn)的三維世界坐標(biāo)xj,j＝1,2...，m進(jìn)行優(yōu)化，得到最終標(biāo)定參數(shù)；

所述目標(biāo)函數(shù)為：

其中，xij代表第i個(gè)方位下標(biāo)靶信息圖中的第j個(gè)標(biāo)靶特征點(diǎn)經(jīng)過(guò)圖像處理得到的亞像素坐標(biāo)，代表根據(jù)標(biāo)定模型計(jì)算得到的第i個(gè)方位下標(biāo)靶信息圖中的第j個(gè)標(biāo)靶特征點(diǎn)的坐標(biāo)，τ＝{θ,θi,xj}為待優(yōu)化的參數(shù)向量，其中，θ代表投影儀內(nèi)部參數(shù)，θi代表投影儀與標(biāo)靶組成的外參，i＝1,2,......n。

本發(fā)明還提供了一種多方位投影的投影儀標(biāo)定裝置，所述投影儀標(biāo)定裝置應(yīng)用于投影儀標(biāo)定系統(tǒng)，所述投影儀標(biāo)定系統(tǒng)包括：投影儀、相機(jī)和標(biāo)靶，所述相機(jī)位于所述標(biāo)靶上方，并且相機(jī)的光軸和標(biāo)靶所在平面垂直；所述投影儀標(biāo)定裝置包括：

投影采集模塊，用于利用所述投影儀依次在標(biāo)靶周圍預(yù)置的n個(gè)指定方位投射預(yù)置的標(biāo)定圖案到標(biāo)靶平面，在每個(gè)指定方位用所述相機(jī)采集標(biāo)靶信息圖；

特征點(diǎn)信息獲取模塊，用于對(duì)每個(gè)指定方位下的標(biāo)靶信息圖進(jìn)行特征點(diǎn)提取得到標(biāo)靶特征點(diǎn)在相機(jī)圖像坐標(biāo)系下的位置，利用相位解調(diào)技術(shù)得到標(biāo)靶信息圖的相位分布，結(jié)合標(biāo)靶特征點(diǎn)的位置和標(biāo)靶信息圖的相位分布，并經(jīng)過(guò)亞像素插值計(jì)算得到標(biāo)靶特征點(diǎn)的精確相位及基于所述標(biāo)靶特征點(diǎn)的精確相位得到投影儀圖像坐標(biāo)系中與所述標(biāo)靶特征點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的亞像素坐標(biāo)xi，i＝1,2,......n；

初始標(biāo)定模塊，用于利用得到的投影儀圖像坐標(biāo)系下亞像素坐標(biāo)xi和已知的標(biāo)靶特征點(diǎn)的三維世界坐標(biāo)x對(duì)所述投影儀進(jìn)行標(biāo)定，求得初始標(biāo)定參數(shù)，i＝1,2,......n；

所述初始標(biāo)定參數(shù)包括：由投影儀與標(biāo)靶組成的n個(gè)外參θ1、θ2......θn，和投影儀內(nèi)部參數(shù)θ；

優(yōu)化模塊，用于利用光束平差法對(duì)所述初始標(biāo)定參數(shù)和所述三維世界坐標(biāo)x進(jìn)行優(yōu)化，得到最終標(biāo)定參數(shù)。

進(jìn)一步地，所述預(yù)置的n個(gè)指定方位需要滿足：所述投影儀在所述預(yù)置的n個(gè)指定方位投射的標(biāo)定圖案在標(biāo)靶平面聚焦。

進(jìn)一步地，所述預(yù)置的標(biāo)定圖案包括：若干幅正弦周期相移圖和若干幅格雷碼圖；所述標(biāo)靶信息圖包括：若干幅含有標(biāo)靶信息的相移圖和若干幅含有標(biāo)靶信息的格雷碼圖。

進(jìn)一步地，所述特征點(diǎn)信息獲取模塊包括：

精確相位確定模塊，用于對(duì)每個(gè)指定方位下的標(biāo)靶信息圖進(jìn)行特征點(diǎn)提取得到標(biāo)靶特征點(diǎn)在相機(jī)圖像坐標(biāo)系下的位置，利用相位解調(diào)技術(shù)得到標(biāo)靶信息圖的相位分布，結(jié)合標(biāo)靶特征點(diǎn)的位置和標(biāo)靶信息圖的相位分布，并經(jīng)過(guò)亞像素插值計(jì)算得到標(biāo)靶特征點(diǎn)的精確相位

亞像素確定模塊，用于根據(jù)投影儀圖像坐標(biāo)系下的標(biāo)靶特征點(diǎn)的亞像素坐標(biāo)與相位的映射關(guān)系，即利用以下公式計(jì)算得到與所述標(biāo)靶特征點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的亞像素坐標(biāo)xi；

其中，代表所述標(biāo)靶特征點(diǎn)的精確相位，t代表相位周期寬度，i＝1,2,......n。

進(jìn)一步地，優(yōu)化模塊具體用于：假設(shè)每個(gè)指定方位下的標(biāo)靶特征點(diǎn)有m個(gè)，通過(guò)最小化目標(biāo)函數(shù)對(duì)所述初始標(biāo)定參數(shù)和標(biāo)靶特征點(diǎn)的三維世界坐標(biāo)xj,j＝1,2...，m進(jìn)行優(yōu)化，得到最終標(biāo)定參數(shù)；

所述目標(biāo)函數(shù)為：

其中，xij代表第i個(gè)方位下標(biāo)靶信息圖中的第j個(gè)標(biāo)靶特征點(diǎn)經(jīng)過(guò)圖像處理得到的亞像素坐標(biāo)，代表根據(jù)標(biāo)定模型計(jì)算得到的第i個(gè)方位下標(biāo)靶信息圖中的第j個(gè)標(biāo)靶特征點(diǎn)的坐標(biāo)，τ＝{θ,θi,xj}為待優(yōu)化的參數(shù)向量，其中，θ代表投影儀內(nèi)部參數(shù)，θi代表投影儀與標(biāo)靶組成的外參，i＝1,2,......n。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于：本發(fā)明提供的一種多方位投影的投影儀標(biāo)定方法及裝置是基于相位法，一方面，通過(guò)投影儀分別在n個(gè)指定方位進(jìn)行投射，并且相機(jī)光軸垂直于標(biāo)靶平面來(lái)采集標(biāo)靶信息圖的方式，使得特征點(diǎn)圖像提取更加準(zhǔn)確；另一方面，本發(fā)明采用光束平差法，將標(biāo)靶特征點(diǎn)的三維世界坐標(biāo)x作為待優(yōu)化的變量進(jìn)行了優(yōu)化，消除了標(biāo)靶特征點(diǎn)的三維世界坐標(biāo)x與其真實(shí)坐標(biāo)之間的偏差引入的系統(tǒng)誤差，將x在光束平差優(yōu)化的過(guò)程中調(diào)整為可靠性更高的值，從而使得標(biāo)定結(jié)果更加精確。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種投影儀標(biāo)定系統(tǒng)中的硬件模塊示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多方位投影的投影儀標(biāo)定方法的流程示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的11*9圓形標(biāo)志點(diǎn)標(biāo)靶圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的在某個(gè)指定方位下標(biāo)靶特征點(diǎn)在相機(jī)圖像坐標(biāo)系下的亞像素坐標(biāo)圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的在某個(gè)指定方位下標(biāo)靶特征點(diǎn)在投影儀圖像坐標(biāo)系中的亞像素坐標(biāo)圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的標(biāo)定模型的原理示意圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的投影儀經(jīng)初始標(biāo)定后的重投影誤差圖；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的投影儀經(jīng)平差優(yōu)化后的重投影誤差圖；

圖9是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多方位投影的投影儀標(biāo)定裝置的模塊示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供了一種多方位投影的投影儀標(biāo)定方法，所述投影儀標(biāo)定方法應(yīng)用于投影儀標(biāo)定系統(tǒng)，如圖1所示，所述投影儀標(biāo)定系統(tǒng)包括：投影儀1、相機(jī)2和標(biāo)靶3，所述相機(jī)2位于所述標(biāo)靶3上方，并且相機(jī)2的光軸和標(biāo)靶3所在平面垂直。

具體地，在執(zhí)行標(biāo)定步驟之前，一方面，需要在標(biāo)靶平面周圍確定n個(gè)合適的投影方位，使得在執(zhí)行標(biāo)定步驟時(shí)，投影儀1分別在預(yù)置的n個(gè)指定方位投射標(biāo)定圖案；另一方面，需要調(diào)節(jié)相機(jī)2與標(biāo)靶3的位置關(guān)系，使相機(jī)光軸與標(biāo)靶平面垂直，從而保證標(biāo)靶3在相機(jī)2的最佳拍攝位置成像。

更具體地，確定n個(gè)指定方位的方法為：在確定第一個(gè)指定方位時(shí)，調(diào)節(jié)投影儀1焦距，確保投射的圖案能在標(biāo)靶3平面聚焦，具體的操作步驟為：在標(biāo)靶3平面上放一張白紙，調(diào)節(jié)投影儀1的調(diào)焦旋鈕，使投出的圖案投在白紙上能成清晰的圖案；另外，要保證標(biāo)靶能夠被投出去的圖案全面覆蓋。再在標(biāo)靶平面周圍確定剩下n-1個(gè)指定方位，在剩下的每個(gè)指定方位都需要保證標(biāo)靶3能夠被投出去的圖案全面覆蓋，并且在投影儀1的景深范圍內(nèi)。其中，n≥3。

更具體地，調(diào)節(jié)相機(jī)2與標(biāo)靶3的位置關(guān)系的方式為：將標(biāo)靶3平放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，相機(jī)2置于所述標(biāo)靶3上方，并使相機(jī)2光軸垂直于標(biāo)靶平面擺放，調(diào)節(jié)相機(jī)2的視場(chǎng)、光圈和焦距，使標(biāo)靶3成像清晰；所述相機(jī)2與標(biāo)靶3的位置關(guān)系使提取標(biāo)靶特征點(diǎn)的相位值更加準(zhǔn)確，進(jìn)而得到與標(biāo)靶特征點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的投影儀圖像坐標(biāo)系下亞像素位置更加準(zhǔn)確。

具體地，本發(fā)明實(shí)施例中，投影儀1采用的是dell的dlp(digitallightprocessing，數(shù)字光處理技術(shù))，型號(hào)m110，標(biāo)準(zhǔn)分辨率1280*800；相機(jī)2采用imavision的工業(yè)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，型號(hào)mer-130-30um，分辨率1280*1024，像素尺寸5.2μm*5.2μm,相機(jī)2的鏡頭采用pentax工業(yè)鏡頭，型號(hào)c1614-m。

下面具體介紹這種多方位投影的投影儀標(biāo)定方法，如圖2所示，包括：

步驟s1，利用所述投影儀依次在標(biāo)靶周圍預(yù)置的n個(gè)指定方位投射預(yù)置的標(biāo)定圖案到標(biāo)靶平面，在每個(gè)指定方位用所述相機(jī)采集標(biāo)靶信息圖；

具體地，所述步驟s1中，所述預(yù)置的標(biāo)定圖案包括：若干幅正弦周期相移圖和若干幅格雷碼圖；所述標(biāo)靶信息圖包括：若干幅含有標(biāo)靶信息的相移圖和若干幅含有標(biāo)靶信息的格雷碼圖；另外，相機(jī)在投影儀只投射均勻光照的時(shí)候，采集原標(biāo)靶圖。

具體地，本發(fā)明實(shí)施例中用的是11*9的圓形標(biāo)志點(diǎn)標(biāo)靶，如圖3所示，特征點(diǎn)即是圓形圖案的圓心，一共99個(gè)特征點(diǎn)。

步驟s2，對(duì)每個(gè)指定方位下的標(biāo)靶信息圖進(jìn)行特征點(diǎn)提取得到標(biāo)靶特征點(diǎn)在相機(jī)圖像坐標(biāo)系下的位置，利用相位解調(diào)技術(shù)得到標(biāo)靶信息圖的相位分布，結(jié)合標(biāo)靶特征點(diǎn)的位置和標(biāo)靶信息圖的相位分布，并經(jīng)過(guò)亞像素插值計(jì)算得到標(biāo)靶特征點(diǎn)的精確相位及基于所述標(biāo)靶特征點(diǎn)的精確相位得到投影儀圖像坐標(biāo)系中與所述標(biāo)靶特征點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的亞像素坐標(biāo)xi，i＝1,2,......n；

具體地，在所述n個(gè)指定方位投射和采集完成后，處理每個(gè)指定方位下的標(biāo)靶信息圖，具體地，處理分為三部分：一是經(jīng)過(guò)特征點(diǎn)提取得到標(biāo)靶特征點(diǎn)在相機(jī)圖像坐標(biāo)系下的位置，如圖4所示，為得到的在某個(gè)指定方位下標(biāo)靶特征點(diǎn)在相機(jī)圖像坐標(biāo)系下的位置；二是利用相位解調(diào)技術(shù)得到標(biāo)靶信息圖的相位分布；三是結(jié)合標(biāo)靶特征點(diǎn)的位置和標(biāo)靶信息圖的相位分布，并經(jīng)過(guò)亞像素插值計(jì)算得到標(biāo)靶特征點(diǎn)的精確相位然后，根據(jù)得到的精確相位并結(jié)合投影儀圖像坐標(biāo)系下的標(biāo)靶特征點(diǎn)的亞像素坐標(biāo)與相位的映射關(guān)系，即結(jié)合公式計(jì)算得到投影儀圖像坐標(biāo)系中與所述標(biāo)靶特征點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的亞像素坐標(biāo)xi，i＝1,2,......n，如圖5所示；其中，t代表相位周期寬度(單位：像素)。

步驟s3，根據(jù)標(biāo)定模型，利用得到的投影儀圖像坐標(biāo)系下亞像素坐標(biāo)xi和已知的標(biāo)靶特征點(diǎn)的三維世界坐標(biāo)x對(duì)所述投影儀進(jìn)行標(biāo)定，求得初始標(biāo)定參數(shù)，i＝1,2,......n；

所述初始標(biāo)定參數(shù)包括：由投影儀與標(biāo)靶組成的n個(gè)外參θ1、θ2......θn，和投影儀內(nèi)部參數(shù)θ。

具體地，本發(fā)明實(shí)施例提供的標(biāo)定模型的原理圖如圖6所示，標(biāo)定后的重投影誤差如圖7所示；重投影誤差的分布和標(biāo)準(zhǔn)差是評(píng)價(jià)標(biāo)定結(jié)果的重要標(biāo)準(zhǔn)，一般地，特征點(diǎn)的重投影誤差集中圍繞在原點(diǎn)附近，并且重投影誤差的標(biāo)準(zhǔn)差越小標(biāo)定結(jié)果越準(zhǔn)確。

步驟s4，利用光束平差法對(duì)所述初始標(biāo)定參數(shù)和所述三維世界坐標(biāo)x進(jìn)行優(yōu)化，得到最終標(biāo)定參數(shù)。

具體地，所述步驟s4中，所述光束平差法具體為：假設(shè)每個(gè)指定方位下的標(biāo)靶特征點(diǎn)有m個(gè)，通過(guò)最小化目標(biāo)函數(shù)對(duì)所述初始標(biāo)定參數(shù)和標(biāo)靶特征點(diǎn)的三維世界坐標(biāo)xj,j＝1,2...，m進(jìn)行優(yōu)化，得到最終標(biāo)定參數(shù)；

所述目標(biāo)函數(shù)為：

其中，xij代表第i個(gè)方位下標(biāo)靶信息圖中的第j個(gè)標(biāo)靶特征點(diǎn)經(jīng)過(guò)圖像處理得到的亞像素坐標(biāo)，代表根據(jù)標(biāo)定模型計(jì)算得到的第i個(gè)方位下標(biāo)靶信息圖中的第j個(gè)標(biāo)靶特征點(diǎn)的坐標(biāo)，τ＝{θ,θi,xj}為待優(yōu)化的參數(shù)向量，其中，θ代表投影儀內(nèi)部參數(shù)，θi代表投影儀與標(biāo)靶組成的外參，i＝1,2,......n。

具體地，與一般標(biāo)定的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)相比，光束平差法的優(yōu)化方法區(qū)別在于將標(biāo)靶特征點(diǎn)的三維世界坐標(biāo)xj,j＝1,2...，m作為待優(yōu)化的變量，來(lái)消除誤差帶來(lái)的不利影響，將x在光束平差優(yōu)化的過(guò)程中調(diào)整為可靠性更高的值，從而使標(biāo)定結(jié)果更加精確；標(biāo)定后的重投影誤差如圖8所示，與圖7相比有所提升。

本發(fā)明實(shí)施例中，經(jīng)過(guò)多方位投影采集、圖像處理、初始標(biāo)定、平差優(yōu)化之后，其重投影誤差(reprojectorerror)分布如圖8所示，水平和豎直方向的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別是0.02541pixel和0.01926pixel；而只經(jīng)過(guò)初始標(biāo)定，水平和豎直方向的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別是0.11119pixel和0.08406pixel，如圖7所示；由此可見提高的標(biāo)定精確度可達(dá)77％。

下面再介紹一種多方位投影的投影儀標(biāo)定裝置，所述投影儀標(biāo)定裝置應(yīng)用于投影儀標(biāo)定系統(tǒng)，所述投影儀標(biāo)定系統(tǒng)包括：投影儀、相機(jī)和標(biāo)靶，所述相機(jī)位于所述標(biāo)靶上方，并且相機(jī)的光軸和標(biāo)靶所在平面垂直；

如圖9所示，所述投影儀標(biāo)定裝置包括：

投影采集模塊1，用于利用所述投影儀依次在標(biāo)靶周圍預(yù)置的n個(gè)指定方位投射預(yù)置的標(biāo)定圖案到標(biāo)靶平面，在每個(gè)指定方位用所述相機(jī)采集標(biāo)靶信息圖；

具體地，所述投影采集模塊1中，所述預(yù)置的n個(gè)指定方位需要滿足：所述投影儀在所述預(yù)置的n個(gè)指定方位投射的標(biāo)定圖案在標(biāo)靶平面聚焦。

具體地，所述投影采集模塊1中，所述預(yù)置的標(biāo)定圖案包括：若干幅正弦周期相移圖和若干幅格雷碼圖；所述標(biāo)靶信息圖包括：若干幅含有標(biāo)靶信息的相移圖和若干幅含有標(biāo)靶信息的格雷碼圖；另外，相機(jī)在投影儀只投射均勻光照的時(shí)候，采集原標(biāo)靶圖。

特征點(diǎn)信息獲取模塊2，用于對(duì)每個(gè)指定方位下的標(biāo)靶信息圖進(jìn)行特征點(diǎn)提取得到標(biāo)靶特征點(diǎn)在相機(jī)圖像坐標(biāo)系下的位置，利用相位解調(diào)技術(shù)得到標(biāo)靶信息圖的相位分布，結(jié)合標(biāo)靶特征點(diǎn)的位置和標(biāo)靶信息圖的相位分布，并經(jīng)過(guò)亞像素插值計(jì)算得到標(biāo)靶特征點(diǎn)的精確相位及基于所述標(biāo)靶特征點(diǎn)的精確相位得到投影儀圖像坐標(biāo)系中與所述標(biāo)靶特征點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的亞像素坐標(biāo)xi，i＝1,2,......n；

具體地，所述特征點(diǎn)信息獲取模塊2具體包括：精確相位確定模塊，用于對(duì)每個(gè)指定方位下的標(biāo)靶信息圖進(jìn)行特征點(diǎn)提取得到標(biāo)靶特征點(diǎn)在相機(jī)圖像坐標(biāo)系下的位置，利用相位解調(diào)技術(shù)得到標(biāo)靶信息圖的相位分布，結(jié)合標(biāo)靶特征點(diǎn)的位置和標(biāo)靶信息圖的相位分布，并經(jīng)過(guò)亞像素插值計(jì)算得到標(biāo)靶特征點(diǎn)的精確相位還包括亞像素確定模塊，用于根據(jù)投影儀圖像坐標(biāo)系下的標(biāo)靶特征點(diǎn)的亞像素坐標(biāo)與相位的映射關(guān)系，即利用以下公式計(jì)算得到與所述標(biāo)靶特征點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的亞像素坐標(biāo)xi；

其中，代表所述標(biāo)靶特征點(diǎn)的精確相位，t代表相位周期寬度(單位：像素)，i＝1,2,......n。

初始標(biāo)定模塊3，用于利用得到的投影儀圖像坐標(biāo)系下亞像素坐標(biāo)xi和已知的標(biāo)靶特征點(diǎn)的三維世界坐標(biāo)x對(duì)所述投影儀進(jìn)行標(biāo)定，求得初始標(biāo)定參數(shù)，i＝1,2,......n；

所述初始標(biāo)定參數(shù)包括：由投影儀與標(biāo)靶組成的n個(gè)外參θ1、θ2......θn，和投影儀內(nèi)部參數(shù)θ；

優(yōu)化模塊4，用于利用光束平差法對(duì)所述初始標(biāo)定參數(shù)和所述三維世界坐標(biāo)x進(jìn)行優(yōu)化，得到最終標(biāo)定參數(shù)。

具體地，所述優(yōu)化模塊4具體用于：假設(shè)每個(gè)指定方位下的標(biāo)靶特征點(diǎn)有m個(gè)，通過(guò)最小化目標(biāo)函數(shù)對(duì)所述初始標(biāo)定參數(shù)和標(biāo)靶特征點(diǎn)的三維世界坐標(biāo)xj,j＝1,2...，m進(jìn)行優(yōu)化，得到最終標(biāo)定參數(shù)；

所述目標(biāo)函數(shù)為：

其中，xij代表第i個(gè)方位下標(biāo)靶信息圖中的第j個(gè)標(biāo)靶特征點(diǎn)經(jīng)過(guò)圖像處理得到的亞像素坐標(biāo)，代表根據(jù)標(biāo)定模型計(jì)算得到的第i個(gè)方位下標(biāo)靶信息圖中的第j個(gè)標(biāo)靶特征點(diǎn)的坐標(biāo)，τ＝{θ,θi,xj}為待優(yōu)化的參數(shù)向量，其中，θ代表投影儀內(nèi)部參數(shù)，θi代表投影儀與標(biāo)靶組成的外參，i＝1,2,......n。

本發(fā)明提供的一種多方位投影的投影儀標(biāo)定方法及裝置是基于相位法，但優(yōu)于一般的相位法，一方面，解決了特征點(diǎn)圖像提取不準(zhǔn)確的問(wèn)題；另一方面，解決了標(biāo)靶特征點(diǎn)三維世界坐標(biāo)與真實(shí)值之間有偏差的問(wèn)題，與一般標(biāo)定的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)相比，光束平差法的優(yōu)化方法區(qū)別在于將標(biāo)靶特征點(diǎn)的三維世界坐標(biāo)xj,j＝1,2...，m作為待優(yōu)化的變量，消除了誤差帶來(lái)的不利影響，將x在光束平差優(yōu)化的過(guò)程中調(diào)整為可靠性更高的值，最后使標(biāo)定結(jié)果更加精確。

上述實(shí)施例方法中的全部或部分步驟是通過(guò)程序來(lái)控制相關(guān)硬件完成，所述的程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，所述的存儲(chǔ)介質(zhì)，如rom/ram、磁盤、光盤等。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。