结构光3D视觉原理ppt课件
结构光3D视觉原理
需要通过逐点扫描物体进行测量， 图像摄取和图像处理需要的时间 随着被测物体的增大而急剧增加
精选课件
7
2、线结构光模式
线结构光模式是向物体投射一条光束，光条由于物体表面深度的变化 以及可能的间隙而受到调制，变现在图像中则是光条发生了畸变和不连续， 畸变的程度与深度成正比，不连续则显示出了物体表面的物理间隙。任务 就是从畸变的光条图像信息中获取物体表面的三维信息；
实际上，线结构光模式也可以说是点结构模式的扩展。过相机光心 的视线束在空间中与激光平面相交产生很多交点，在物体表面处的交点 则是光条上众多的光点，因而便形成了点结构光模式中类似的众多的三 角几何约束。很明显，与点结构光模式相比较，线结构光模式的测量信 息量大大增加，而其实现的复杂性并没有增加，因而得到广泛应用。
精选课件
10
5、相位法
近年来基于相位的光栅投影三维轮廓测童技术有了很大的发展，将光栅 图案投射到被测物表面，受物体高度的调制，光栅条纹发生形变，这种变形 条纹可解释为相位和振幅均被调制的空间载波信号。采集变形条纹并且对其 进行解调可以得到包含高度信息的相位变化，最后根据三角法原理计算出高 度，这类方法又称为相位法。基于相位测量的三维轮廓测量技术的理论依据 也是光学三角法，但与光学三角法的轮廓术有所不同，它不直接去寻找和判 断由于物体高度变动后的像点，而是通过相位测量间接地实现，由于相位信 息的参与，使得这类方法与单纯光学三角法有很大区别。
按照景物的照明条件，三维视觉技术可分为被动和 主动两大类，前者中景物的照明是由物体周围的光照条 件来提供，而后者则使用一个专门的光源装置来提供目 标物体周围的照明；
按照这种分类，前面介绍的双目立体视觉是被动 方式，而结构光三维视觉则是主动方式。
精选课件
最新三维立体视觉基本理论及应用幻灯片
激光三角法
激光或线性光源
固定角度照射
三维深度信息
激光三角法线光源 CFra bibliotekD E
F
镜头
相机CCD
被测物
B
A
激光三角法
激光三角法
激光三角法
n
m ixi
x c i1
n
mi
i1
双目立体视觉
双目立体视觉系统中，深度信息的获得是分如 下两步进行的: (1) 在双目立体图象间建立点点对应, (2) 根据对应点的视差计算出深度。
乐府
• 乐府：原指掌管音乐的官府，后来把乐府官署所 采集、创作的歌词也称为“乐府”或者“新乐府 ”。
• “乐府”一词，在古代具有多种涵义。最初是指 主管音乐的官府。汉代人把乐府配乐演唱的诗称 为“歌诗”，这种“歌诗”在魏晋以后也称为“ 乐府”。同时，魏晋六朝文人用乐府旧题写作的 诗，有合乐有不合乐的，也一概称为“乐府”。 继而在唐代出现了不用乐府旧题而只是仿照乐府 诗的某种特点写作的诗，被称为“新乐府”或“ 系乐府”。宋元以后，“乐府”又用作词、曲的 别称。
我国文学史上第一部长篇叙事诗，沈归愚称为“古今第一首长诗”，
因此它也被称为我国古代史上最长的一部叙事诗，是我国古代民间文
学中的光辉诗篇之一，《孔雀东南飞》与南北朝的《木兰辞》并称“
乐府双璧”及“叙事诗双璧”。后又把《孔雀东南飞》、《木兰诗》 与唐代韦庄的《秦妇吟》并称为“乐府三绝”取材于东汉献帝年间发 生在庐江郡（治舒县，汉末迁皖县，均在今安徽境内）的一桩婚姻悲 剧
三维立体视觉基本理论及应用
三维测量技术分类
主动式（经典方法：激光三角法）
激光三角法通过线性光源照射在物体上可以形成光带 ，光带的偏转数据反映了物体表面的三维形状信息，用这 种方法可以精确地获取物体的三维信息
基于结构光和双目视觉的三维重构(150510)PPT课件
双目测距原理
各坐标系关系示意图
三角法测量模型
xl
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xr
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(xc B ) zc
yl
yr
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B xl d
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B f d
相机标定
定义 分类
相机标定：主要是获得相机几何 参数和光学参数（内部参数）以及相 机相对于世界坐标系的空间位置、方 向关系（外部参数）的过程。相机标 定结果的精度直接影响着计算机视觉 的精度
1) 除了端点，任意三角形的任意一条边不包含点云中的任何点。 2) 任意两条边若相交，只在公共端点相交。 3) 网格内的任意一个面都是三角面，且所有三角面的合集是点云集合的凸包。
贪婪三角剖分
它从一个随机的点开始，将越来越多的邻点包含进三角化网格，使网格逐渐增长。 在建网的过程中，每个点有可能被赋予这四种状态：FREE，FRINGE，BOUNDARY， COMPLETED。
视差一致性约束：在左右视差图中，若左图像的某一点的视差和以此视差对应 的右图像目标像素的视差相同,则满足视差一致性约束。
挑战性问题： 遮挡、弱纹理、深度不连续、光照影响、光学透射
立体匹配
立体匹配
点云重构
定义 方法
把点云重构成三维立体图形
三角剖分
贪婪三角剖分 Delaunay剖分
三角剖分
当得到被扫描物体的点云后，将进行三角剖分。三角剖分将点云组建成 一个由许多三角形组成的网格。通过三角剖分建立起来的网格应该满足以下 三个条件：
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End 演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
结构光3D视觉原理
抗干扰能力
总结词
在实际应用中，结构光3D视觉技术常常面临各种干扰 因素，如光照变化、物体表面反光、遮挡等。提高结 构光3D视觉的抗干扰能力是实现稳定测量的关键。
详细描述
为了提高结构光3D视觉的抗干扰能力，可以采用多种 方法。首先，选择合适的光源和投射模式，以适应不 同的光照条件和物体表面特性。其次，采用图像处理 技术，如滤波、对比度增强等，以提高图像质量。此 外，优化算法以减小干扰因素的影响，如采用稳健的 三维重建算法、引入鲁棒性统计方法等。同时，采用 多视角、多模态融合等技术也可以提高抗干扰能力。
结构光具有高精度、高分辨率、高鲁棒性等优点，能够适应不同的环境光照条 件和物体表面特性，广泛应用于机器人视觉、增强现实、自动驾驶等领域。
结构光编码方式
莫尔条纹编码
利用周期性的条纹图案进行编码，当条纹投射到物体表面时 ，会形成相应的莫尔条纹效应，通过捕捉莫尔条纹的变化可 以计算出物体的深度信息。
散斑编码
03
结构光3D视觉系统构成
结构光光源
结构光光源是结构光3D视觉系统中的重要组成部分，它负责向目标物体投射已知的光模式， 如条纹、格子等。
结构光光源通常采用激光器或发光二极管（LED）作为光源，因为它们能够产生高亮度和高 对比度的光线，有利于在各种环境下进行3D测量。
结构光光源的投射方式可以是前向投射或后向投射，具体选择哪种方式取决于应用场景和测 量需求。
相机通常采用高分辨率和高敏感度的传感器，以便在各种光照条件下都能获得清晰 的图像。
相机的视角和焦距也会影响到测量精度和测量范围，因此需要根据实际应用需求进 行选择和调整。
计算机
计算机是结构光3D视觉系统中的 大脑，它负责处理图像数据并进
行3D重建。
三维立体视觉基本理论及应用精品PPT课件
双目立体视觉
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
谢谢你的到来
学习并没有结束，希望大家继续努力
Learning Is Not Over. I Hope You Will Continue To Work Hard
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
三维立体视觉基本理论及应用
三维测量技术分类
主动式（经典方法：激光三角法）
激光三角法通过线性光源照射在物体上可以形成光带 ，光带的偏转数据反映了物体表面的三维形状信息，用这 种方法可以精确地获取物体的三维信息
被动式（经典方法：双目立体视觉理论）
双目立体视觉理论建立在对人类视觉系统研究的基础 上，通过双目立体图象的处理，获取场景的三维信息，其 结果表现为深度图，再经过进一步处理就可得到三维空间 中的景物，实现二维图象到三维
固定角度照射
三维深度信息
激光三角法
线光源 C
D E
F
镜头
相机CCD
被测物
B
A
激光三角法
激光三角法
激光三角法
双目立体视觉
双目立体视觉系统中，深度信息的获得是分如 下两步进行的: (1) 在双目立体图象间建立点点对应, (2) 根据对应点的视差计算出深度。
双目立体视觉
计算机视觉中的结构光三维重建技术
计算机视觉中的结构光三维重建技术，是一种基于光影变换的三维重建方法。
与传统的3D重建技术相比，结构光三维重建技术不仅可以重建高精度、高分辨率的三维模型，还可以快速地获取物体的形状、质感和颜色等属性信息，因此被广泛应用于机器人、计算机游戏、全息投影等领域。
一、结构光三维重建技术的基本原理结构光三维重建技术是一种基于特殊光源与物体表面的相互作用，通过记录光源与物体表面之间的光影变换来实现的。
这个过程分为三个步骤：1. 光源投射：结构光重建中光源的投射比较复杂，常用的方法有投影仪和激光扫描仪等。
投影仪通常使用投影的方式对物体表面进行照明，投映出不同的光场模式。
2. 物体反射：投射在物体表面上的光被反射，被反射的光会按照物体表面几何特征形成不同的光场模式。
3. 影像采集：通过比较物体表面反射光与未经过照射的背景光，便可以计算得出物体表面的形状、纹理和颜色等信息，从而实现三维模型的重建。
二、结构光三维重建技术的应用1. 3D扫描与模型重建：利用结构光三维重建技术可以快速地获取物体表面的几何和纹理信息，从而快速地创建高精度、高分辨率的三维模型。
2. 视觉导航与定位：通过结合机器学习和计算机视觉技术，可以将结构光三维重建技术应用于无人机、智能机器人等设备，实现室内、室外场景的自主导航和定位。
3. 虚拟现实与增强现实：结构光三维重建技术可以将现实场景转化为三维模型，从而为虚拟现实和增强现实技术提供支持。
三、结构光三维重建技术的优缺点1. 优点a. 准确性高：由于通过多次照射相同的物体表面，可以在不同条件下重复计算多次的反射光，从而得到更加准确的数据。
b. 适用范围广：不仅可以重建难以被机器视觉识别的物体，如黑色、玻璃等，还可以重建不规则、复杂的物体表面，如毛绒玩具、褶皱纹理等。
c. 处理速度快：传统的3D扫描技术需要耗费大量时间和人工进行后期处理和优化，而结构光涉及面积小，无需专业人员操作，成本低、效率高。
2. 缺点a. 精度受限：由于光线的折射、反射等因素的影响，结构光三维重建技术的精度还需要继续提高。
结构光3D视觉原理分解
图像处理、分析与机器视觉
三维视觉技术分类 结构光三维视觉系统和原理 结构光模式 结构光三维视觉模型
三维视觉技术分类
三维视觉技术主要包括双目立体视觉和结构光三维 视觉，还有其他的三维视觉技术，如由明暗恢复性状、 由纹理恢复形状、激光测距、莫尔阴影与散焦测距； 按照景物的照明条件，三维视觉技术可分为被动和 主动两大类，前者中景物的照明是由物体周围的光照条 件来提供，而后者则使用一个专门的光源装置来提供目 标物体周围的照明； 按照这种分类，前面介绍的双目立体视觉是被动 方式，而结构光三维视觉则是主动方式。
2、线结构光模式 线结构光模式是向物体投射一条光束，光条由于物体表面深度的变化 以及可能的间隙而受到调制，变现在图像中则是光条发生了畸变和不连续， 畸变的程度与深度成正比，不连续则显示出了物体表面的物理间隙。任务 就是从畸变的光条图像信息中获取物体表面的三维信息； 实际上，线结构光模式也可以说是点结构模式的扩展。过相机光心 的视线束在空间中与激光平面相交产生很多交点，在物体表面处的交点 则是光条上众多的光点，因而便形成了点结构光模式中类似的众多的三 角几何约束。很明显，与点结构光模式相比较，线结构光模式的测量信 息量大大增加，而其实现的复杂性并没有增加，因而得到广泛应用。
很明显，与点结构光模式相比较，线结构光 模式的测量信息量大大增加，复杂性没有增 加因而得到广泛应用
3、多线结构光模式
多线结构光模式是光带模式的扩展。如图，由光学投射器向物体表面投射 了多条光条，其目的的一方面是为了在一幅图像中可以处理多条光条，提 高图像的处理效率，另一方面是为了实现物体表面的多光条覆盖从而增加 测量的信息量，以获得物体表面更大范围的深度信息。也就是所谓的“光 栅结构模式”，多光条可以采用投影仪投影产生一光栅图样，也可以利用 激光扫描器来实现。
三维立体视觉基本理论及应用精品PPT课件
双目立体视觉
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
感谢聆听
不足之处请大家批评指导
Please Criticize And Guide The Shortcomings
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
三维立体视觉基本理论及应用
三维测量技术分类
主动式（经典方法：激光三角法）
激光三角法通过线性光源照射在物体上可以形成光带 ，光带的偏转数据反映了物体表面的三维形状信息，用这 种方法可以精确地获取物体的三维信息
被动式（经典方法：双目立体视觉理论）
双目立体视觉理论建立在对人类视觉系统研究的基础 上，通过双目立体图象的处理，获取场景的三维信息，其 结果表现为深度图，再经过进一步处理就可得到三维空间 中的景物，实现二维图象到三维空间的重构
激光三角法
激光或线性光源
固定 E
F
镜头
相机CCD
被测物
B
A
激光三角法
激光三角法
激光三角法
双目立体视觉
双目立体视觉系统中，深度信息的获得是分如 下两步进行的: (1) 在双目立体图象间建立点点对应, (2) 根据对应点的视差计算出深度。
双目立体视觉
结构光3D视觉原理PPT课件
1、点结构光模式
如图所示，激光器发出的光束投射到物体上产生一个光点，光点经摄像机 的镜头成像在摄像机的像平面上，形成一个二维点。摄像机的视线和光束 在空间中于光点处相交，形成一种简单的三角几何关系。通过一定的标定 可以得到这种三角几何约束关系，并由其可以唯一确定光点在某一已知世 界坐标系中的空间位置。
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结构光三维视觉模型
1、解析几何模型（公式过多，省略）
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2、透视投影模型
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摄像机坐标系与模块坐标系的空间位置关系可用下式表示：
但上式不能够由摄像机二维像点坐标（X,Y）得到唯一对
应的三维物点坐标
，还需要增加一个方程的约
束才能消除这种多义性，为此，设结构光光平面在模块坐
标系（注：其建立是任意的）下的方程为：
实际上，线结构光模式也可以说是点结构模式的扩展。过相机光心 的视线束在空间中与激光平面相交产生很多交点，在物体表面处的交点 则是光条上众多的光点，因而便形成了点结构光模式中类似的众多的三 角几何约束。很明显，与点结构光模式相比较，线结构光模式的测量信 息量大大增加，而其实现的复杂性并没有增加，因而得到广泛应用。
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5、相位法
近年来基于相位的光栅投影三维轮廓测童技术有了很大的发展，将光栅 图案投射到被测物表面，受物体高度的调制，光栅条纹发生形变，这种变形 条纹可解释为相位和振幅均被调制的空间载波信号。采集变形条纹并且对其 进行解调可以得到包含高度信息的相位变化，最后根据三角法原理计算出高 度，这类方法又称为相位法。基于相位测量的三维轮廓测量技术的理论依据 也是光学三角法，但与光学三角法的轮廓术有所不同，它不直接去寻找和判 断由于物体高度变动后的像点，而是通过相位测量间接地实现，由于相位信 息的参与，使得这类方法与单纯光学三角法有很大区别。
结构光三维成像技术
结构光三维成像技术结构光三维成像技术是一种通过使用投射光模式来测量目标物体表面形状和纹理的技术。
它是一种非接触式的三维成像技术，广泛应用于机器人、计算机视觉、虚拟现实、医疗等领域。
这种技术基于投射特殊编码的光斑或图案到目标表面上，并利用相机或传感器来捕捉光斑的形变或位移，从而计算出目标物体的三维形状。
1.光源投射：首先，一个结构光投影系统使用光源产生一种特殊的光模式，如光斑或编码图案。
这个光模式会在目标物体上投射一个特定的模式。
2.光斑形变：目标物体表面的形状和纹理会导致光斑在目标表面上发生形变或位移。
光斑的形变可以在目标物体表面上生成一系列有用的信息。
3.形变采集：使用相机或传感器来捕捉光斑在目标物体表面上的位置变化。
这个步骤通常涉及对相机或传感器进行准确、高速度的数据采集。
4.数据处理：采集到的数据将经过一系列的处理步骤，包括光斑匹配、三角测量和表面重建。
这些步骤将根据光斑的变化计算出目标物体的三维形状。
结构光三维成像技术有许多优势。
首先，它可以提供高精度和高分辨率的三维表面测量。
它可以测量复杂物体的形状、尺寸和纹理，包括不规则形状、弯曲表面和透明物体。
其次，它是一种非接触式的测量技术，可以在没有物理接触的情况下进行测量，减少了对目标物体的破坏。
此外，结构光三维成像技术还具有实时性和高速度的特点，可以快速捕获和处理大量的数据。
然而，结构光三维成像技术也存在一些挑战和限制。
例如，它对目标物体和环境的光线条件非常敏感。
光线的强度、方向和环境的照明条件都可能影响测量结果的准确性。
此外，目标物体的反射率和表面特性也可能对测量结果产生影响。
需要注意的是，在光斑形变的过程中，一些情况下会发生光斑遮挡或重叠，导致数据处理中的错误。
结构光三维成像技术在许多领域有广泛的应用。
在制造业中，它可用于产品设计和质量控制。
在医疗领域，它可以用于牙齿模型、面部重建和手术模拟。
在机器人和自动化领域，它可以用于导航、目标识别和物体抓取。
机器视觉原理及应用教程 第4章 面结构光三维视觉
f
x,
y
1
4 2
SF (u, v, , ) g
x
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gu,v,, x, y g(x u, y )exp( j x j y)
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/
2
2 x
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2
2 y
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严谨严格，求实求是
4.1.2窗傅里叶脊法
x y
wx u,v, wy u,v
=arg
机器视觉 原理及应用
严谨严格，求实求是
《机器视觉原理及应用》
第4章 面结构光三维视觉
4.1 单幅相位提取方法 4.2 多幅相位提取方法 4.3 相位展开方法 4.4 案例-基于条纹投影结构光三维扫描 仪的牙模扫描 4.5 案例-鞋底打磨
4.1 单幅相位提取方法
单幅相位提取是图像处理中常用的技术之一，用于从图像中提取出相位信息。 以下是一些常见的单幅相位提取方法：
➢ 傅里叶变换法 ➢ 窗傅立叶脊法 ➢ 二维连续小波变换法 ➢ BEMD 法 ➢ VMD 法 ➢ 变分图像分解法
严谨严格，求实求是
4.1 单幅相位提取方法
单幅相位提取是图像处理中常用的技术之一，用于从图像中提取出相位信息。 以下是一些常见的单幅相位提取方法：
➢ 傅里叶变换法 ➢ 窗傅立叶脊法 ➢ 二维连续小波变换法 ➢ BEMD 法 ➢ VMD 法 ➢ 变分图像分解法
M
(x,
y)
exp( ik0 (x
cos(
)
y
sin(
)))
exp
1 2
x2 y2
严谨严格，求实求是
4.1.3 二维连续小波变换法
结构光3D视觉原理ppt课件
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1、点结构光模式
如图所示，激光器发出的光束投射到物体上产生一个光点，光点经摄像机 的镜头成像在摄像机的像平面上，形成一个二维点。摄像机的视线和光束 在空间中于光点处相交，形成一种简单的三角几何关系。通过一定的标定 可以得到这种三角几何约束关系，并由其可以唯一确定光点在某一已知世 界坐标系中的空间位置。
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5、相位法
近年来基于相位的光栅投影三维轮廓测童技术有了很大的发展，将光栅 图案投射到被测物表面，受物体高度的调制，光栅条纹发生形变，这种变形 条纹可解释为相位和振幅均被调制的空间载波信号。采集变形条纹并且对其 进行解调可以得到包含高度信息的相位变化，最后根据三角法原理计算出高 度，这类方法又称为相位法。基于相位测量的三维轮廓测量技术的理论依据 也是光学三角法，但与光学三角法的轮廓术有所不同，它不直接去寻找和判 断由于物体高度变动后的像点，而是通过相位测量间接地实现，由于相位信 息的参与，使得这类方法与单纯光学三角法有很大区别。
按照这种分类，前面介绍的双目立体视觉是被动 方式，而结构光三维视觉则是主动方式。3结构光三维视觉系统和原理
结构光测量系统主要由结构光投射装置、摄像机、图 像采集及处理系统组成。
投影 设备
被测 物体
读取 图像
图像 处理
三维 重构
4
5
结构光模式
根据光学投射器所投射的光束模式的不同，结构光模式 又可分为点结构光模式、线结构光模式、多线结构光模式、 面结构光模式、相位法等
结构光3D视觉原理
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三维视觉技术分类 结构光三维视觉系统和原理 结构光模式 结构光三维视觉模型
2
三维视觉技术分类
三维视觉技术主要包括双目立体视觉和结构光三维 视觉，还有其他的三维视觉技术，如由明暗恢复性状、 由纹理恢复形状、激光测距、莫尔阴影与散焦测距；
结构光3D扫描原理课件PPT-经典必看
3D Model Acquisition Pipeline
3D Scanner
3D Model Acquisition Pipeline
3D Scanner View Planning
3D Model Acquisition Pipeline
3D Scanner
View Planning
Projected over time
More complex patterns
Works despite complex appearances
Works in real-time and on dynamic scenes
• Need very few images (one or two). • But needs a more complex correspondence algorithm
+ very accurate < 0.01 mm − more than 10sec per scan
Cyberware® face and head scanner
Example: Laser scanner
Digital Michelangelo Project
/projects/mich/
Pattern 3 Pattern 2
Pattern 1
Projected over time
Binary Coding
• Assign each stripe a unique illumination code over time [Posdamer 82]
Time
Space
Binary Coding
3D Scanning
Structured Light Reconstruction
结构光3d相机原理
结构光3d相机原理
结构光3D相机是一种基于三维成像技术的高精度相机，它是利用瞬间投射光栅结构光，通过计算物体表面反射光线的相移、形变等特征，从而实现物体三维点云数据采集和重建的过程。
其原理是在拍摄物体时，通过投射具有特定空间间隔的光栅结构光，经由物体表面的反射回归成相应的光栅图案，然后由相机采集这些图案，通过计算图案的形变、相移等特征，得到物体表面的三维点云数据，最终构建出物体的三维模型。
该相机具有快速高效、精度高、可靠性好等特点，广泛应用于机器人视觉、自动化测量、三维扫描等领域。
同时也面临着光照条件的限制、对物体表面质量的要求较高等问题，需要在实际应用中加以注意。
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结构光三维测量原理
结构光三维测量原理
结构光三维测量是一种非接触式三维测量技术，其原理是利用一种由光源发出的光斑或光条，投射在待测物体上，通过对光斑或光条的形变进行测量，来获取待测物体的三维形状信息。
具体而言，结构光三维测量系统通常由三部分组成：光源、投影系统和相机。
光源可以是激光器、LED灯等，其作用是发出一束光线；投影系统可以是透镜、衍射光栅等，其作用是将光线投影成光斑或光条；相机则用来拍摄被投影的光斑或光条在待测物体上的形变图像。
通过对这些图像进行处理，如去噪、滤波、匹配等操作，可以得到待测物体的三维形状信息。
结构光三维测量技术具有非接触式、高精度、高效率等优点，广泛应用于机器人、测绘、制造等领域。
其主要应用包括三维形状重建、表面缺陷检测、变形分析等。
- 1 -。
结构光三维定位
结构光三维定位
结构光三维定位是一种通过结构光技术实现的三维定位方法。
它利用结构光器件（例如激光、LED等）发射出的光束，经
过场景物体反射或散射后，通过相机或其他传感器捕捉到的图像信息，计算出物体在三维空间中的位置和姿态。
结构光三维定位的基本原理是利用投影的结构光在目标物体上产生一组规律的条纹或图案，通过观察这些条纹或图案在物体表面的扭曲或形变，可以获取目标物体的三维信息。
常用的结构光三维定位技术包括三角测量法、相位测量法和多视图几何法等。
在结构光三维定位中，需要进行标定和配准的工作，以确保图像和实际物体的对应关系。
标定过程通常包括摄像机标定、投影器标定和相机-投影器坐标系对齐等。
配准过程则是将采集
到的图像与已知的模型进行匹配，通过解算得到物体在三维空间中的位置和姿态。
结构光三维定位广泛应用于工业自动化、机器人导航、虚拟现实、医疗影像、安全监控等领域。
它具有测量速度快、精度高、非接触等优点，能够实时获取物体的三维信息，为许多应用提供了重要的技术支持。
结构光成像原理
结构光成像原理
结构光成像原理是一种常见的三维成像技术，它利用光的反射和折射原理，通过对物体表面进行投射光线，再通过相机对反射光进行捕捉和处理，最终得到物体的三维模型。
这种技术在工业、医疗、文化遗产保护等领域都有广泛的应用。
结构光成像原理的核心是光的投射和反射。
在成像过程中，首先需要将光源投射到物体表面上，形成一系列光条。
这些光条会在物体表面上产生反射和折射，形成一些亮度和颜色的变化。
这些变化会被相机捕捉到，并通过计算机算法进行处理，最终得到物体的三维模型。
在实际应用中，结构光成像技术通常需要使用一些特殊的设备，如激光器、相机、投影仪等。
其中，激光器用于产生光源，相机用于捕捉反射光，投影仪用于将光源投射到物体表面上。
这些设备需要精确地配合使用，才能得到高质量的三维模型。
结构光成像技术的应用非常广泛。
在工业领域，它可以用于制造业中的质量控制和产品设计。
在医疗领域，它可以用于制作人体模型，帮助医生进行手术规划和治疗。
在文化遗产保护领域，它可以用于数字化文物，保护和传承人类文化遗产。
结构光成像原理是一种非常重要的三维成像技术，它利用光的反射和折射原理，通过对物体表面进行投射光线，再通过相机对反射光
进行捕捉和处理，最终得到物体的三维模型。
它在工业、医疗、文化遗产保护等领域都有广泛的应用，是现代科技发展的重要组成部分。
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1、点结构光模式
如图所示，激光器发出的光束投射到物体上产生一个光点，光点经摄像机 的镜头成像在摄像机的像平面上，形成一个二维点。摄像机的视线和光束 在空间中于光点处相交，形成一种简单的三角几何关系。通过一定的标定 可以得到这种三角几何约束关系，并由其可以唯一确定光点在某一已知世 界坐标系中的空间位置。
实际上，线结构光模式也可以说是点结构模式的扩展。过相机光心 的视线束在空间中与激光平面相交产生很多交点，在物体表面处的交点 则是光条上众多的光点，因而便形成了点结构光模式中类似的众多的三 角几何约束。很明显，与点结构光模式相比较，线结构光模式的测量信 息量大大增加，而其实现的复杂性并没有增加，因而得到广泛应用。
需要通过逐点扫描物体进行测量， 图像摄取和图像处理需要的时间 随着被测物体的增大而急剧增加
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2、线结构光模式
线结构光模式是向物体投射一条光束，光条由于物体表面深度的变化 以及可能的间隙而受到调制，变现在图像中则是光条发生了畸变和不连续， 畸变的程度与深度成正比，不连续则显示出了物体表面的物理间隙。任务 就是从畸变的光条图像信息中获取物体表面的三维信息；
很明显，与点结构光模式相比较，线结构光 模式的测量信息量大大增加，复杂性没有增 加因而得到广泛应用
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3、多线结构光模式
多线结构光模式是光带模式的扩展。如图，由光学投射器向物体表面投射 了多条光条，其目的的一方面是为了在一幅图像中可以处理多条光条，提 高图像的处理效率，另一方面是为了实现物体表面的多光条覆盖从而增加 测量的信息量，以获得物体表面更大范围的深度信息。也就是所谓的“光 栅结构模式”，多光条可以采用投影仪投影产生一光栅图样，也可以利用 激光扫描器来实现。
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按照这种分类，前面介绍的双目立体视觉是被动 方式，而结构光三维视觉则是主动方式。
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结构光三维视觉系统和原理
结构光测量系统主要由结构光投射装置、摄像机、图 像采集及处理系统组成。 处理
三维 重构
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结构光模式
根据光学投射器所投射的光束模式的不同，结构光模式 又可分为点结构光模式、线结构光模式、多线结构光模式、 面结构光模式、相位法等
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5、相位法
近年来基于相位的光栅投影三维轮廓测童技术有了很大的发展，将光栅 图案投射到被测物表面，受物体高度的调制，光栅条纹发生形变，这种变形 条纹可解释为相位和振幅均被调制的空间载波信号。采集变形条纹并且对其 进行解调可以得到包含高度信息的相位变化，最后根据三角法原理计算出高 度，这类方法又称为相位法。基于相位测量的三维轮廓测量技术的理论依据 也是光学三角法，但与光学三角法的轮廓术有所不同，它不直接去寻找和判 断由于物体高度变动后的像点，而是通过相位测量间接地实现，由于相位信 息的参与，使得这类方法与单纯光学三角法有很大区别。
较之光带模式，多线结构光模式的效率和 范围增加，但同时引入了标定复杂性的增 加和光条识别问题
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4、面结构光模式
当采用面结构光时，将二维的结构光图案投射到物体表面上，这样不 需要进行扫描就可以实现三维轮廓测量，测量速度很快，光面结构光中最 常用的方法是投影光栅条纹到物体表面。
当投影的结构光图案比较复杂时，为了确定物体表面点与其图像像素 点之间的对应关系，需要对投射的图案进行编码，因而这类方法又称为编 码结构光测量法。图案编码分为空域编码和时域编码。空域编码方法只需 要一次投射就可获得物体深度图，适合于动态测量，但是目前分辨率和处 理速度还无法满足实时三维测量要求，而且对译码要求很高。时域编码需 要将多个不同的投射编码图案组合起来解码，这样比较容易实现解码。主 要的编码方法有二进制编码、二维网格图案编码、随机图案编码、彩色编 码、灰度编码、邻域编码、相位编码以及混合编码
结构光3D视觉原理
图像处理、分析与机器视觉
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三维视觉技术分类 结构光三维视觉系统和原理 结构光模式 结构光三维视觉模型
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三维视觉技术分类
三维视觉技术主要包括双目立体视觉和结构光三维 视觉，还有其他的三维视觉技术，如由明暗恢复性状、 由纹理恢复形状、激光测距、莫尔阴影与散焦测距；
按照景物的照明条件，三维视觉技术可分为被动和 主动两大类，前者中景物的照明是由物体周围的光照条 件来提供，而后者则使用一个专门的光源装置来提供目 标物体周围的照明；
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结构光三维视觉模型
1、解析几何模型（公式过多，省略）
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2、透视投影模型
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摄像机坐标系与模块坐标系的空间位置关系可用下式表示：
但上式不能够由摄像机二维像点坐标（X,Y）得到唯一对 应的三维物点坐标 (xL, yL, zL) ，还需要增加一个方程的约 束才能消除这种多义性，为此，设结构光光平面在模块坐 标系（注：其建立是任意的）下的方程为：