基于LCD屏幕的多焦距结构光系统像素级标定方法及其精度提升研究

本文针对多焦距结构光（Multifocal SL）系统标定中存在的模型复杂性与相位伪影问题，创新性地提出了一种基于LCD屏幕的像素级标定方法。通过双阶段标定流程（初始映射建立与平面拟合优化）和可调对比度控制，有效规避相位伪影，显著提升了大深度范围三维测量的精度与灵活性，为非标准成像系统的标定提供了新思路。

　　

Highlight

与现有方法相比，本研究的核心创新点在于：

1. 1.

   双阶段标定流程：通过LCD屏幕初步建立相位-三维映射模型，再经平面拟合优化实现精度提升；

2. 2.

   无相位伪影优势：采用可调对比度的LCD屏幕有效避免传统标定板因反射率突变引发的相位失真；

3. 3.

   高精度与灵活性：该方法显著增强多焦距SL系统的测量精度，并适配多种复杂应用场景。

高速大深度范围多焦距结构光系统

二元离焦技术使SL系统能通过1位二元图案结合投影镜头的离焦效应，以10 kHz高速投射理想正弦图案。然而，离焦效果要求限制了测量深度范围，影响测量精度。多焦距系统[11]通过圆柱透镜等光学元件，在大深度范围内生成高质量正弦条纹，突破传统单焦平面限制。

系统搭建与标定结果

为评估标定方法，搭建了包含德州仪器DLP 6500投影仪（分辨率1920×1080）和IDS UI-1240SE-M-GL相机（分辨率1280×1024）的多焦距SL系统。相机配备16 mm镜头，投影仪加装圆柱透镜（尺寸60.0×30.0 mm）。实验表明该系统无需机械平移平台即可实现高精度标定。

结论

本研究提出了一种基于LCD屏幕的灵活像素级标定方法，成功实现多焦距SL系统的高精度三维测量。通过LCD屏幕避免相位伪影，并结合双阶段标定流程（初始建模与平面拟合优化），有效克服屏幕表面不平整与相机标定误差，为复杂工业环境中的光学测量提供可靠解决方案。