来源：3D视觉工坊
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这篇文章介绍了一种新的FPP系统（激光投影轮廓测量系统）校准方法，该方法利用辅助摄像头跳过了传统方法中需要的投影仪校准步骤。通过在校准过程中使用辅助摄像头，然后移除它，作者实现了在重建几何形状时保持简单的单摄像头和单投影仪配置。与传统方法相比，这种方法的优势在于：节省了获取校准数据所需的时间，因为只需要投射单向的条纹图案；不受限于特定类型的投影仪，可以适用于各种激光投影系统；并且可以校准使用粗糙型照明器的系统。实验结果表明，这种新方法在重建几何形状时具有与传统方法相当的准确性。
下面一起来阅读一下这项工作~
论文题目：Low-cost adaptive obstacle avoidance trajectory control for express delivery drone
作者：Yanhui Zhang, Caisheng Wei等
作者机构：School of Aeronautics and Astronautics, Zhejiang University等
论文链接：https://arxiv.org/pdf/2403.19956.pdf
结构光投影技术是一种代表性的主动方法，用于三维重建，但许多研究人员在复杂的投影仪校准过程中面临挑战。为了解决这个复杂性，我们使用了一个额外的摄像头，暂时称为辅助摄像头，来消除对投影仪校准的需求。辅助摄像头帮助构建合理的模型方程，使得能够基于绝对相位信息生成世界坐标。一旦校准完成，辅助摄像头就可以被移除，减轻了遮挡问题，使系统能够保持其紧凑的单摄像头、单投影仪设计。我们的方法不仅解决了数字条纹投影系统中校准投影仪的常见问题，而且增强了利用条纹投影的各种形状的三维成像系统的可行性，而无需复杂的投影仪校准过程。
雕像的三维重建结果。(a) 雕像的纹理图像。(b) 雕像的激光投影图像。(c) 使用提出的方法校准的系统拍摄的雕像的三维重建结果。
雕像的重建结果，使用塑料缝隙照明系统拍摄。（a）雕像的纹理图像。（b）雕像的条纹投影图像。这些条纹是由塑料缝隙和光源（在本例中是车灯）生成的。（c）使用塑料缝隙照明系统拍摄的雕像的三维重建图像。该系统使用了提出的方法进行了校准。
- 所提出的方法引入了一种新颖的结构光系统标定方法，显著提高了效率，同时又不影响准确性。
- 所提出的方法结合了辅助摄像头来促进标定，有效地适应数字和非数字照明源。
- 所提出的方法减少了结构光系统标定所需的时间和资源，使高级应用更易于实现和成本效益更高。
- 所提出的方法通过广泛的实验分析进行了验证。
这篇文章的基本原理是针对传统的结构光系统中需要复杂的投影仪校准问题提出了一种新的系统校准方法，称为准校准方法。传统的结构光系统使用投影仪生成条纹图案，并通过相机捕获反射信号来进行3D重建。然而，校准投影仪是一个复杂和昂贵的过程，限制了系统的应用和成本效益。
该方法的关键思想是通过在系统中引入一个辅助摄像头，在不需要投影仪校准的情况下，利用传统立体视觉方法来构建3D几何。在校准过程中，首先对主摄像头和辅助摄像头进行标准立体视觉校准，然后利用辅助摄像头获得标定板的3D几何信息。接着，通过拟合理想平面模型和像素级校准模型，建立相位值与世界坐标之间的关系。最终，通过主摄像头和数字投影仪进行测量，根据已建立的关系重建目标物体的3D几何，从而实现了系统的校准和应用。
这种方法的优势在于不需要对投影仪进行复杂的校准过程，大大简化了系统的设计和使用，并且可以适应不同设备条件下的应用。通过实验验证，该方法可以实现与传统技术几乎相同的3D重建精度，同时简化了校准过程，使得更多高级应用变得更加可行和成本效益。
本文实验主要目的是验证提出的FPP系统校准方法的有效性。实验使用了两台CCD相机和一个数字光处理（DLP）投影仪。实验步骤如下：
使用标准立体视觉方法对主摄像头和辅助摄像头进行校准。通过拍摄标定板在60个不同位置的图像，得到了两台相机的内部和外部参数。
利用立体相机和投影仪对标定板的三维几何进行重建。投影仪在标定板上投射垂直条纹图案，两台相机捕获这些投影图案，生成相位图，并计算视差。投影图案包括18个相位偏移图案和7个灰度码图案。
进行标定板的几何拟合和理想平面模型的确定。使用拟合的平面模型，建立了每个像素的（xc, yc, zc）值与Φ值之间的关系，采用了有理模型。
使用主摄像头和投影仪估算几何形状。重复第2步中的图案投射过程，采集标定板的图像，并根据建立的像素关系估算几何形状。
对比传统FPP校准方法。采集相同位置的标定板图像，使用传统方法进行系统校准，并与提出的方法进行对比。传统方法需要水平和垂直方向的图案，而提出的方法只需要一个方向的条纹图案。
实验结果表明，提出的方法具有与传统方法相当的重建精度，且可以适用于不同类型的投影仪，如数字光处理投影仪和LED塑料缝隙照明系统。
本文介绍了一种新颖的FPP系统校准方法，通过利用辅助摄像头跳过了投影仪的校准步骤。稍后，辅助摄像头被移除，使得系统可以保持简单的单摄像头和单投影仪配置用于重建几何形状。传统的FPP校准方法需要投射水平和垂直方向的条纹图案。新方法只需要单向的条纹图案，这将使得在每个姿态采集校准数据的时间减半。在实验中，使用仅垂直图案校准了FPP系统，同时确保了在重建几何形状方面的相同精度水平。此外，与传统的FPP校准方法不同，该方法不受限于DLP投影仪，可以校准任何激光投影系统，即使它不遵循针孔模型。在第二个实验中，证明了新方法可以校准使用LED和塑料缝隙组成的粗糙型照明器的FPP系统。
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