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面向立体视觉结构光三维重建系统的点云误差补偿方法

刘忠强 马嵩华 胡天亮 张桐嘉 段岳飞

刘忠强, 马嵩华, 胡天亮, 张桐嘉, 段岳飞. 面向立体视觉结构光三维重建系统的点云误差补偿方法[J]. 制造技术与机床, 2022, (4): 132-139. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.04.021
引用本文: 刘忠强, 马嵩华, 胡天亮, 张桐嘉, 段岳飞. 面向立体视觉结构光三维重建系统的点云误差补偿方法[J]. 制造技术与机床, 2022, (4): 132-139. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.04.021
LIU Zhongqiang, MA Songhua, HU Tianliang, ZHANG Tongjia, DUAN Yuefei. Point cloud error compensation method for stereo structured light 3D reconstruction system[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (4): 132-139. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.04.021
Citation: LIU Zhongqiang, MA Songhua, HU Tianliang, ZHANG Tongjia, DUAN Yuefei. Point cloud error compensation method for stereo structured light 3D reconstruction system[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (4): 132-139. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.04.021

面向立体视觉结构光三维重建系统的点云误差补偿方法

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.04.021
详细信息
    作者简介:

    刘忠强,男,1997年生,硕士研究生,研究方向为立体视觉结构光三维重建。E-mail:417648023@qq.com

    通讯作者:

    马嵩华,女,1985年生,博士,副教授,研究方向为设计理论与方法、智能求解算法,发表论文20余篇,入选“山东大学青年学者未来计划”。E-mail:msh_1216@sdu.edu.cn

  • 中图分类号: TH741

Point cloud error compensation method for stereo structured light 3D reconstruction system

  • 摘要: 为了提高立体视觉结构光三维重建系统的精度,提出了一种面向立体视觉结构光三维重建系统的点云误差补偿方法,该方法分为误差标定、误差建模和误差补偿三部分。首先,提出一种新的误差标定方法,将立体视觉结构光系统的测量空间划分为离散的特征点并标定了整个空间内特征点的误差;然后,提出了基于神经网络的误差建模方法,建立起该空间的误差模型;最后,提出了适用于立体视觉结构光系统的点云误差补偿方法,将建立的误差模型用于误差补偿。实验表明文章提出的误差补偿方法平均减少了51.96%的直径误差和14.16%的球心距误差,精度提升效果明显。从而,验证了该算法的有效性和可行性。

     

  • 图  1  整体框架

    图  2  测量空间特征点示意图

    图  3  测量空间内特征点构建示意图

    图  4  棋盘格点云构建流程

    图  5  特征点集示意图

    图  6  构建单位向量的示意图

    图  7  理论点集的构建流程

    图  8  计算方向向量

    图  9  构建理论点集的示意图

    图  10  神经网络示意图

    图  11  立体视觉结构光系统

    图  12  实验装置示意图

    图  13  特征点集构建示意图

    图  14  每个特征点在x方向的误差$ \Delta \mathit{x} $

    图  15  每个特征点在y方向的误差$ \Delta \mathit{y} $

    图  16  每个特征点在z方向的误差$ \Delta \mathit{z} $

    图  17  神经网络预测性能曲线

    图  18  标准陶瓷球

    图  19  误差补偿流程

    图  20  位于标定空间内的多组点云

    图  21  点云的拟合测量

    表  1  参数列表

    相机分辨率1 280×1 024
    投影仪分辨率1 920×1 080
    计算机系统Windows 64
    CPUi7-9750H
    内存/G16
    直线电机重复定位精度/μm0.3
    标定板格子大小/mm3
    尺寸精度/μm1
    格子数量35×31
    下载: 导出CSV

    表  2  误差补偿前后的球直径误差对比

    序号误差补
    偿前球
    直径/mm
    误差补
    偿后球
    直径/mm
    误差补偿
    前绝对
    误差/mm
    误差补偿
    后绝对
    误差/mm
    补偿后误
    差减少
    率/(%)
    138.129 838.116 30.025 20.011 753.57
    238.136 738.124 50.032 10.019 938.01
    338.123 938.112 40.019 30.007 859.59
    438.137 938.123 40.033 30.018 843.54
    538.138 538.122 70.033 40.018 145.81
    638.141 138.115 10.036 50.010 571.23
    下载: 导出CSV

    表  3  误差补偿前后的球心距误差对比

    序号误差补
    偿前球
    心距/mm
    误差补
    偿后球
    心距/mm
    误差补偿
    前绝对
    误差/mm
    误差补偿
    后绝对
    误差/mm
    补偿后误
    差减少
    率/(%)
    159.969 959.976 90.038 30.031 318.28
    260.000 160.000 80.008 10.007 48.64
    359.975 659.981 00.032 60.02715.56
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2022-01-17

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