三维成像系统中投影镜头畸变的标定与修正研究

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1、分类号：TH741密级：UDC：编号：15—080400—15M硕士学位论文三维成像系统中投影镜头畸变的标定与修正研究论文作者：谢丽丽学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：仪器科学与技术指导教师：张宗华职称：教授资助基金项目：国家自然科学基金及国家自然科学基金与英国皇家学会合作交流项目DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofInstrumentScienceandTechnologyTHERESEARCHOFPROJECTINGLENSDISTORTIONCALIBR

2、ATIONANDCORRECTIONIN3DIMAGINGSYSTEMbyLiliXieSupervisor:Prof.ZonghuaZhangMarch2015ThisworksupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina.NationalNaturalScienceFoundationandtheRoyalSocietyInternationalExchangeScheme.原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含

3、任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说

4、明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要随着数字微镜器件DMD（DigitalMicromirrorDevice）的发展，基于DMD的数字光处理（DLP：digitallightprocessing）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

5、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

6、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IABSTRACTWiththematureofDigitalMicromirrorDevice(DMD)techniques,DigitalLightProcessing(DLP)projectorsbas

7、edonDMDhavebeenwidelyutilizedin3Dshapemeasuringsystemstoprojectdigitalstructure-lightpatterns，duetotheiradvantagesofhighcontrast,highintensity,flexibleprogramming,andcostefficiency.TheDLPprojectorcanbetreatedasaninversecamera,sotheprojectorcalibrationisimportantforrecovering3D(