(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210309175.5 (22)申请日 2022.03.28 (71)申请人 天津大学 地址 300072 天津市南 开区卫津路9 2号 (72)发明人 房丰洲　王颖墨　 (74)专利代理 机构 天津盛理知识产权代理有限 公司 12209 专利代理师 陈娟 (51)Int.Cl. H04N 5/225(2006.01) H04N 5/232(2006.01) G06T 7/80(2017.01) (54)发明名称 基于相位信息的组合成像系统入射光线逐 像素标定方法及装置 (57)摘要 本发明涉及一种基于相位信息的组合成像 系统入射光线逐像素标定方法及装置。 利用N个 成像系统拍摄同一立体靶标相位物体投射的相 位信息， 所述N≥2， 通过相移法解算N个成像系统 每个像素抓拍到的相位物体的绝对相位位置1； 利用立体靶标的位移装置将相位物体依次在空 间中移动预设距离， 重复步骤一获得当前位置的 N个成像系统的每个像素抓拍到的相位物体的绝 对相位位置2， 3， …， M； 将N个成像系统的每个像 素对应的绝对相位位置1， 2， 3， …， M进行空间直 线拟合， 标定出N个成像系统的每个像素对应的 入射光线在空间中的分布情况。 本发明使N个成 像系统中的内参与外参在该方法中可以同时完 成标定， 不需要额外的标定步骤与优化过程。 权利要求书1页 说明书6页 附图4页 CN 114666480 A 2022.06.24 CN 114666480 A 1.一种基于相位信息的组合成像系统入射 光线逐像素 标定方法， 包括如下步骤： 步骤一、 N个成像系统拍摄同一立体靶标相位物体投射的相位信息， 所述N≥2， 通过相 移法解算N个成像系统每 个像素抓拍到的相位物体的绝对相位 位置1； 步骤二、 利用立体靶标的位移装置将相位物体依次在空间中移动预设距离， 重复步骤 一获得当前位置的N个成像系统的每 个像素抓拍到的相位物体的绝对相位 位置2， 3， …， M； 步骤三、 将N个成像系统的每个像素对应的绝对相位位置1， 2， 3， …， M进行空间直线拟 合， 标定出N个成像系统的每 个像素对应的入射 光线在空间中的分布情况。 2.根据权利要求1所述的标定方法， 其特征在于， 所述的成像系统为有焦的非远心成像 系统、 无焦的远心成像系统或散焦成像系统。 3.根据权利要求1所述的标定方法， 其特征在于， 每次相位物体在空间中移动的预设距 离为等距或不 等距的。 4.根据权利要求1所述的标定方法， 其特征在于， 所述相位信息为正弦相位信息、 方波 相位信息或三角波相位信息 。 5.根据权利要求1所述的标定方法， 其特征在于， 所述相移法解算算法为 时间相位解包 裹算法、 空间相位 解包裹算法、 傅立叶相位 解包裹算法或最小二乘相位 解包裹算法。 6.根据权利要求1所述的标定方法， 其特征在于， 所述空间直线拟合方法为线性最小二 乘法、 非线性 最小二乘法、 主成份分析法或奇异值分解法。 7.一种基于相位信息的组合成像系统入射 光线逐像素 标定装置， 包括： 相位物体、 用于向成像系统 投射相位信息； 位移机构、 所述相位物体固定于位移机构， 位移机构将相位物体移动至物理空间中的 不同位置； N个相机、 N≥2， 用于采集相位物体显示的相位信息； N个成像系统、 N≥2， 每一成像系统对应连接一相机； 计算机、 所述计算机分别与相位物体以及N个相机连接， 所述计算机控制相位物体及N 个相机， 并进行计算以获得测量结果。 8.根据权利要求7所述的标定装置， 其特征在于， 所述相位物体为平面相位物体或带有 面形的曲面相位物体。 9.根据权利要求7所述的标定装置， 其特征在于， 所述位移机构为单轴线性位移台、 多 轴线性位移台、 龙门机 械手、 单轴回转台、 多轴回转台或复合 运动结构。 10.根据权利要求7所述的标定装置， 其特征在于， 所述成像系统为非远心镜头、 远心镜 头、 多反光学系统或折反光学系统。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114666480 A 2基于相位信息的组合成像系统入射光线逐像素标定方 法及 装置 技术领域 [0001]本发明属于精密视觉测量领域， 尤其涉及基于相位信息的组合成像系统入射光线 逐像素标定方法及装置 。 背景技术 [0002]精密视觉测量中， 其测量精度依赖于对相机每个像素对应的入射至成像系统光线 的标定准确 程度。 针对非远心成像系统的传统标定方法， 是将每个像素对应的入射光线情 况抽象为小孔模型， 并用带有圆形等特征图案的靶标获取像素与空间的对应关系。 传统的 标定方法有Tsai  R(A versatile  camera calibration  technique  for high‑accuracy   3D machine vision metrology  using off‑the‑shelf TV cameras and lenses[J].IEEE   Journal on Robotics  and Automation,1987,3(4):323 ‑344.)的Tsai氏两步标定法， Zhang Z(Aflexible  new technique  for camera calibration[J].IEEE  Transactions   onpattern  analysis and machine intelligence,2000,22(11):1330 ‑1334.)的张正友 标 定法。 [0003]然而针对非远心成像系统， 其光瞳具有一定尺寸， 因此会导致系统存在光瞳像差， 即视觉系统中每个像素对应的入射光线并不一定全 经过光瞳中心。 CN  111862237使用带有 圆形特征图案的可移动靶标来标定带有光瞳偏移 量的入射光线， 然而由于靶标上的圆形特 征图案在空间中分布稀疏， 需要通过三角网格法的线性插值才能完成逐像素的标定。 Huang   L等(Zhang  Q,Asundi A.Camera  calibration with active phase target:improvement   on feature detection  and optimization[J].Optics  letters,2013,38(9):1446 ‑ 1448.),提出使用可移动的相位物体来对相机进行标定， 通过相位物体可以提供逐像素的 稠密的物像对应特征点的特性， 完成成像系统的标定。 然而该方法依然忽视了光瞳像差的 影响， 认为入射 光线全部经 过光瞳中心。 [0004]针对远心成像系统， 现有的标定方法仍然认为入射至远心成像系统的光线皆平 行。 Li D等(Tian  J.An accurate  calibration  method for a camera with telecentric  lenses[J].Op tics and Lasers in Engineering,2013,51(5):538 ‑541.)文献中的标定 方 法， 仍然使用带有圆形特征图案的靶标进 行标定。 然而由于像差的存在， 入射至远心成像系 统的光线不可能全部平行， 而是应该呈有一定夹角的分布。 如果想高精度的获取每个像素 对应入射 光线情况， 仍应使用相位物体来 提供逐像素的稠密的物像关系。 [0005]此外， 现有标定方法不仅对入射至成像系统光线分布的物理模型具有一定的局限 性， 而且其在多目视觉测量完成多个成像系统之间位置关系的标定中， 需要分别完成入射 至成像系统光线分布情况的标定(内参标定)与多个成像系统空间相对位置的标定(外参标 定)。 如Chen  Z等(Liao  H,Zhang X.Telecentric  stereo micro‑vision system: Calibration method and experiment s[J].Optics  and Lasers in Engineering,2014, 57:82‑92.)在双目远心成像系统中， 使用多组平面靶标完成每个远心成像系统的内参标说　明　书 1/6 页 3 CN 114666480 A 3