[论文解读] Code Minimization for Fringe Projection Based 3D Stereo Sensors by Calibration Improvement

Christian Bräuer-Burchardt, Peter Kühmstedt+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 29, 2014

Optical measurement and interference techniques参考文献 3被引用 4

一句话总结

该论文提出一种方法，通过利用双三角测量和改进的投影仪标定，消除条纹投影三维立体传感器中对格雷码或其他相位解包裹编码的依赖。该方法在标定后实现接近完整的三维重建（最高达99.5%的完整性），且误报率极低（最低达1.0%），无需额外编码序列，具备实时应用潜力。

ABSTRACT

Code minimization provides a speed-up of the processing time of fringe projection based stereo sensors and possibly makes them real-time applicable. This paper reports a methodology which enables such sensors to completely omit Gray code or other additional code. Only a sequence of sinusoidal images is necessary. The code reduction is achieved by involvement of the projection unit into the measurement, double triangulation, and a precise projector calibration or significant projector calibration improvement, respectively.

研究动机与目标

• 消除条纹投影三维传感器中对额外相位解包裹编码（如格雷码）的需求。
• 通过缩短投影序列长度和减少处理时间，实现实时三维测量。
• 通过增强投影仪标定，提高测量完整性并减少误报率。
• 利用双三角测量实现几何相位解包裹，最大限度减少对外部编码的依赖。
• 评估投影仪标定精度对三维重建质量及误报率的影响。

提出的方法

• 仅使用正弦条纹图案，省略任何额外编码（如格雷码）。
• 采用双三角测量：一种使用两个相机（CC模式），另一种使用相机与投影仪（CP模式）。
• 从CC模式和CP模式分别生成三维点候选，然后通过匹配消除歧义。
• 应用对极几何约束对应相位值的搜索空间，降低计算负载。
• 实施基于阈值的匹配准则（thr），用于过滤误报，thr以弧度为单位设定。
• 进行广泛的投影仪标定，包括畸变校正，以减小基线误差并提高三角测量精度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在条纹投影三维传感器中，是否可以不依赖额外编码序列实现相位解包裹？
• RQ2 投影仪标定的改进如何影响三维重建的精度与完整性？
• RQ3 双三角测量对误报检测与点唯一性有何影响？
• RQ4 通过消除编码序列，该方法能否实现实时性能？
• RQ5 不同阈值（thr）如何影响完整性与误报率之间的权衡？

主要发现

• 在标定改进后，对于施利勒半身像，当thr = 0.01π时，方法实现了99.1%的完整性与1.5%的误报率。
• 对于金字塔底座，最优条件下完整性达到99.5%，误报率为0.0%。
• 三维点距离误差的平均值（cpd_mn）从标定前的1.1 mm降低至标定后的0.2 mm。
• 对极线误差降低至小于0.1像素，证实了几何对准的准确性。
• 半身像的三维点测量标准差为11 μm，底座为9 μm，表明具有高精度。
• 模式m1的误报率更低，但完整性略低于模式m2，用户可根据偏好进行选择。