针对现有结构光测量中采用的相位误差补偿算法存在的相位误差过补偿或欠补偿问题, 提出了一种新的相位补偿误差校正算法。推导了环境光下四步相移的相位误差数学模型, 解释了相位误差过补偿、欠补偿的产生原因;通过数学推导获得相位误差的解析表达式, 提出了相位误差过补偿、欠补偿的校正算法。该方法通过向标定平面投射4步相移图像、16步相移图像与黑白图像获得相位误差系数;然后在8种不同环境光条件下重复这一步骤获得多组系数;最后运用参数拟合法获得相位误差数学模型的具体表达式。实验结果表明: 无论在黑暗环境还是光环境下, 利用该修正方法进行相位误差补偿后均可使相位精度达到0.002 rad, 比进行相位误差补偿前提高了8.6倍左右, 比查找表(LUT)提高了2.5倍左右。该算法精度高, 速度快, 能有效解决相位误差过补偿、欠补偿的问题。

系统参数标定是结构光三维测量系统的关键问题之一，标定板特征圆圆心检测精度与投影仪、相机镜头gamma效应引起的相位误差是系统参数标定的主要误差来源。采用Sobel算子粗定位标定板特征圆的边缘点，以正交傅里叶-马林矩(OFMM)算子对边缘点进行亚像素定位，用椭圆拟合法确定特征圆圆心的方法提高标定板特征圆检测精度。同时，推导结构光三维测量系统gamma非线性数学模型，将计算得到的系统gamma值的倒数作为投影正弦光栅的指数以降低gamma效应引起的相位误差。实验结果证明了该方法的准确性，与不采用亚像素边缘检测与gamma校正相比，X、Y方向的标定精度分别提高约3.5倍与5倍。