双目结构光三维扫描仪原理
3d扫描仪工作原理
3d扫描仪工作原理
3D扫描仪通过使用不同的技术和传感器来获取物体表面的几何形状和纹理信息。
以下是其中两种常见的工作原理：
1. 结构光扫描：这种扫描技术使用一个激光器发射出由数以千计的结构化光线投射而出的光束。
当这些光束照射到被扫描物体的表面上时，它们会以不同的角度和形状反射回扫描仪。
根据反射回来的光线形成的图像，扫描仪可以计算出物体表面的形状和深度信息。
这种方法的一个优势是可以在很短的时间内实现快速的扫描。
然而，由于受到光线的散射和干扰，可能会对扫描结果产生一定的误差。
2. 飞行时间测量：这种扫描原理利用光的飞行时间来计算物体表面的形状。
扫描仪通过发射一束激光脉冲，并记录从激光器发射到返回的脉冲所经历的时间。
当激光束照射到物体表面并反射回来时，扫描仪可以测量出光的行进时间。
通过计算光的速度和经过的时间，可以确定被扫描物体上各个点的距离。
将大量的点数据组合在一起，就可以生成一个准确的3D模型。
这种方法的一个优点是可以提供较高精度的扫描结果。
然而，由于需要测量光的飞行时间，因此扫描速度较慢。
除了上述的两种主要工作原理外，还有一些其他的扫描技术，如激光雷达、立体视觉等。
这些技术可以根据不同的应用需求选择使用。
双向3d结构光技术原理
双向3d结构光技术原理
双向3D结构光技术是一种用来获取物体三维信息的技术。
它利用结构光原理，通过投射编码的光栅图案，捕捉物体表面的反射光，并通过图像处理算法将这些信息转化为精确的三维模型。
该技术利用投影仪将编码的光栅图案投射在待测物体表面上。
这些图案以特定
的频率和相位进行编码，以便在摄像机中捕捉到物体表面的反射图案。
摄像机捕捉到的反射图案与投射图案之间存在形变，这种形变可以通过计算机
图像处理算法来还原成精确的三维模型。
算法利用编码图案之间的相位差异，推导出物体表面的深度信息。
通过将多个角度和位置的图像组合起来，可以获得完整的三维模型。
双向3D结构光技术的优势在于其高精度和快速扫描速度。
由于采用了编码的
光栅图案，可以避免传统三维扫描技术中的误差问题。
同时，该技术可以在较短的时间内获取完整的三维模型，使其在工业制造、医学影像、虚拟现实等领域得到广泛应用。
值得注意的是，在使用双向3D结构光技术时，需要考虑环境光的影响，因为
环境光会干扰结构光图案的投射和反射。
因此，通常需要在实验室或者专门构建的环境中进行扫描。
总之，双向3D结构光技术是一种用于获取物体三维信息的先进技术。
通过结
构光原理、图像处理算法和多角度扫描等手段，可以获得高精度和快速的三维模型，为工业制造、医学影像和虚拟现实等领域提供了强大的支持。
双目结构光三维重建原理
双目结构光三维重建原理
双目结构光三维重建是一种通过使用两个相机和结构光投射器来获取物体表面的三维形状和深度信息的技术。
在双目结构光三维重建系统中，一个相机被用作主摄像机，另一个相机则被用作辅助摄像机。
结构光投射器通常被用来投射一系列结构化光纹到被测物体上。
这些光纹在物体表面上产生明暗变化，形成一种纹理图案。
双目摄像机系统通过同时拍摄两个视点下的纹理图案，并测量纹理的位移和形变来计算物体表面上的三维深度和形状信息。
当纹理图案投射到物体表面上时，由于物体的几何形状不同，纹理会在不同位置产生位移和形变。
通过分析不同视点下的位移和形变情况，可以计算出物体表面上每个像素的深度信息。
通过重建每个像素的深度信息，可以获取整个物体表面的三维形状。
在双目结构光三维重建中，需要进行相机的标定和纹理位移的计算。
相机标定用于确定相机内外参数，以及相机间的几何关系。
纹理位移的计算则通过比较两个视点下纹理图案的位移来计算出物体表面的深度信息。
总的来说，双目结构光三维重建利用纹理的位移和形变来计算物体表面的深度信息，从而实现对物体三维形状的重建。
该技术在许多领域中有广泛的应用，如计算机视觉、机器人技术和虚拟现实等。
3d扫描仪的工作原理
3d扫描仪的工作原理
3D扫描仪是一种能够将实物变成数字化模型的设备。
它的工作原理是通过利用光学或激光技术，对被扫描的实物表面进行测量和捕捉。
下面将详细介绍其工作过程。
首先，3D扫描仪会发射光线或激光束，照射到待扫描的物体表面。
这些光线或激光束会在物体表面上发生反射、散射或被吸收。
然后，3D扫描仪会使用相应的传感器来检测被照射物体表面上的光线或激光束的特征。
这些传感器可能是相机、光电二极管或激光接收器等。
接着，被捕捉到的光线或激光束的特征数据会被转化成数字信号，并通过计算机软件进行处理。
计算机会根据接收到的信号计算出物体表面的形状、颜色和纹理等信息。
最后，通过这些数据，计算机就能够将物体表面的形状和纹理等信息重建成一个数字化的三维模型。
这个模型可以以文件的形式进行保存，也可以进行进一步的编辑和处理，比如进行尺寸分析、设计修改或进行虚拟实境等应用。
需要注意的是，不同类型的3D扫描仪可能使用不同的技术原理来实现对物体的扫描。
常见的技术包括结构光扫描、立体视觉、激光雷达等。
这些技术在具体应用中会根据需要选择合适的扫描方式和设备。
双目线结构光测量原理
双目线结构光测量原理最近在研究双目线结构光测量原理，发现了一些有趣的原理，今天就来和大家聊聊这个话题。
不知道你们有没有这样的经历，在装修房子的时候，要测量一个复杂形状的家具尺寸去选择合适的摆放位置。
我们通常是拿卷尺绕着家具一点点量，要是有一个什么设备能一下子就把这个形状不规则的家具精确测量出来就好了。
双目线结构光测量原理就有点像这个超级测量设备背后的魔法。
这就要说到光了，光是一种很神奇的东西，双目线结构光测量就像是让光去给物体画一幅超精细的画像。
简单来说，它有两个摄像机，就像我们的两只眼睛一样。
然后有一个装置发出线结构光，这线结构光呢，就像画家手中的画笔。
这个画笔会照在被测物体上，不同的形状的物体就会反射出不一样的线图案。
打个比方吧，就好像你拿着手电筒去照一个多面体的雕塑，每个平面上的光影形状都是不同的。
双目线结构光也是这样，发射出去的光线照在物体上后，由于物体的表面起伏和形状的不同，反射回来的光线图案是独一无二的。
两个摄像机呢，就从不同的角度来看这个被线条“画”过的物体，就像我们的双眼看东西时有不同的视角。
然后呢，通过一些复杂的数学计算和算法，类似于给每个光线点找到它在空间中的准确位置，然后把两个摄像机看到的图像信息进行对比和融合。
这里的数学计算就像是把收集来的关于光线和物体的碎片化信息拼凑成一个完整的答案的过程。
这其中涉及到很多专业术语，像三角测量原理。
简单解释就是利用两个摄像机和物体之间构成的三角形关系来计算物体的距离和形状等信息。
老实说，我一开始也不明白这么神奇的测量是怎么做到的。
后来通过查阅很多资料，看一些深入浅出的教学视频才慢慢懂一些。
学习这个原理有点像在一个迷宫里找路，有时候刚以为懂了这个部分，结果下一个问题又产生了。
比如说，实际测量时遇到反光特别厉害的物体怎么办，这背后又有很多要克服的技术难题。
说到这里，你可能会问这原理在实际中有什么用啊？用处可大啦！在工业制造里，要造一个精密的零件，利用这个原理就可以快速准确地测量零件的尺寸是不是符合要求，在汽车制造、3D打印等领域都有广泛的应用。
3D结构光扫描仪的研究和应用
3D结构光扫描仪的研究和应用一、引言随着现代工业技术的不断发展，3D扫描技术在质检、设计、制造、医学等领域的应用越来越广泛。
其中，3D结构光扫描技术由于其使用简便、扫描速度快、精度高等优点，被广泛应用于各种场合。
本文将介绍3D结构光扫描仪的原理、技术特点以及应用实例等内容，为该技术的研究和应用提供参考。
二、3D结构光扫描仪的原理3D结构光扫描技术是指将光源投射到待测物体表面，并由相机拍摄物体表面上的光点，通过对拍摄图片进行处理和计算，得到物体表面的三维点云信息。
其中，3D结构光扫描仪是指能够实现该技术的设备。
其基本工作原理如下：1、扫描原理当光线射向物体表面时，会产生散射反射，反射的光线会形成一幅斑点图案。
3D结构光扫描仪通过投射白光或彩色光到物体上，使得光线在物体表面上产生变化，如折射、反射等，形成一种规律的光斑。
然后扫描仪通过拍摄相机对这些光斑进行拍摄，获得一幅二维图像。
2、三角测量原理在拍摄到的图像中，每一个光斑都代表着物体表面的一个点。
扫描仪可以通过测量不同光斑在不同角度下的位置信息，利用三角测量原理计算出这些点的三维空间坐标，从而建立起待扫描物体的三维模型。
3、相位偏差法在3D结构光扫描仪进行扫描时，由于环境光等因素的影响，往往会造成图像上的光点位置出现偏移。
此时可以借助相位偏差法，即通过对图像上的光点进行频率分析，消除光斑位置偏差，提高扫描精度。
三、3D结构光扫描仪的技术特点1、精度高3D结构光扫描仪采用了三角测量原理，能够在不接触物体的情况下，快速获得物体表面的精确三维坐标信息。
其扫描精度可以达到数百纳米以下，能够满足复杂零件的高精度测量和设计需求。
2、扫描速度快传统的三维测量方法往往需要进行手工绘制和数字化工作，而3D结构光扫描技术可以快速获取大量数据，使得数据采集的速度大大提高，可实现快速扫描复杂物体的需求。
3、应用广泛3D结构光扫描技术不仅在工业设计和制造领域广泛应用，还广泛应用于医学、文物保护、数字化艺术、教育等各个领域，其应用范围广泛。
Bumblebee双目测量基本原理
5．视差范围（Disparity range） 视差范围是立体算法为了在两幅图像中搜寻最佳匹时， 所搜寻的像素的范围。 在 Triclops 系统中 0 个像素的视差代表了无穷远处的物体。 最大的视差定义了能被检测到的最近的物体。 我们需要根据实际的任务来设置合适的视差范围。减小视差范围可以加快系统的运行速度， 并降低误匹配的几率。 6．相关模板（Correlation mask）
Yleft Yright Y ，则由三角几何关系得到：
xc X left f zc ( xc B) X right f zc y Y f c zc
(1-1)
则视差为： Disparity X left X right 。由此可计算出特征点 P 在相机坐标系下的三维 坐标为：
d max
d d min
mini m ຫໍສະໝຸດ m 2 2m 2
m 2
I right x i y j I left x i d y j
其中： d min 和 d max 是最小和最大视差（disparity）
m 是模板尺寸（mask size）
三．Triclops 库中的数据流程
Triclops 库中的数据流程如下图所示。系统首先从相机模型中获得 raw 格式的图像，最 终将其处理成深度图像。 在系统中有两个主要的处理模块。 第一个处理模块是一个应用了低 通滤波、图像校正和边缘检测的预处理模块。第二个处理模块用来做立体匹配、结果确认和 亚像素插值。最后的处理结果就是一幅深度图像。
就可以参与上述运算，从而获取其对应的三维坐标。
二．立体视觉测量过程
双目3d相机的原理
双目3D相机利用两个摄像头模拟人眼的双眼视觉，从而实现深度感知和三维重建。
其原理基于视差（disparity）和三角测量。
1. 视差原理：
双目相机中的两个摄像头以一定的距离分开，当它们同时观察同一个物体时，由于视线的错位，物体在两个图像中的位置会有所不同，这种差异称为视差。
利用视差可以推断出物体与相机的距离关系。
2. 三角测量原理：
通过测量摄像头之间的距离、视角等参数，以及在两个图像中对应特征点的视差，可以利用三角测量原理计算出物体到相机的距离。
工作流程：
- 标定：确定摄像头参数、位置和朝向。
- 匹配：在两个图像中找到对应的特征点，计算视差。
- 三角测量：利用视差和摄像头参数进行距离计算。
- 生成深度图：将距离信息转换为深度图像。
双目3D相机可用于机器人导航、立体视觉、人脸识别、三维重建等领域，能够提供丰富的三维信息，对于需要精确深度感知的场景具有很大的应用潜力。
三维激光扫描仪原理_2022年学习资料
光条纹-被扫-描物-光平面L-线光源-摄像机-光条纹图象-图1-线状结构光测距示意图
二线性模型摄像机定标-计算机视觉系统是从摄像机获取的图像出发，计算-三维环境物体的位置、形状等几何信息，并 此重建和-识别环境中的物体。图像上每一点的亮度反映了空间物-体表面某点反射光的强度，而该点在图像上的位置则 -空间物体表面相应点的几何位置有关。这些位置的相互-关系，由摄像机成像几何模型所决定。该几何模型的参-数称 摄像机参数，这些参数必须由实验与计算来确定-实验与计算的过程称为摄像机定标。摄像机模型是光学-成像几何关系 简化。这一节讲述比较简单的模型-线性模型或称针孔模型pin-hole model
2线性摄像机模型-针孔模型-由上式可见，如果已知摄像机的内外参数，就可知道投影矩阵M,-对任何空间点P,如 知它的坐标X。=Xw,Y,Z,就可求出它的-图像点p的位置u,v,这是因为在已知M与X.时，式6给出了三方程，在这三个方程中消去Z,就可求出u,v。反过来，如果已知空-间某点P的图像点p的位置u,y,即使已知摄 机内外参数，X也-是不能唯一确定的，事实上，在式6中，M是3×4不可逆矩阵，-当已知M与，v时，由式6给出 三个方程中消去Z。,只可得到-关于X、Y、Z。的两个线性方程，由这两个线性方程组成的方程组-即为射线OP的 程，也就是说，投影，点为p的所有点均在该射线上，-其物理意义可由图2看出，当已知图像点p时，由针孔模型，任 位-于射线OP上的空间，点的图像点都是p点，由此，该空间点是不能唯-一确定的。
2线性摄像机模型（针孔模型）-空间任一点P在图像上的成像位置可以用针孔模型近似表示，即任-何点P在图像上的 影位置p,为光心O与P点的连线OP与图像平面-的交点。这种关系也称为中心射影或透视投影，由比例关系有如下系式：-fXe-2。-4-12-Z-。其中，xy为P点的图像坐标，X,,Z为空间点P在摄像机坐标-系下的坐 。
双目视觉三维重建原理
双目视觉三维重建原理双目视觉三维重建原理双目视觉三维重建是一种先进的计算机视觉技术，它可以通过两个不同的摄像头来获取物体的三维信息。
双目视觉三维重建原理主要由以下几个步骤组成：1. 确定相机的参数在双目视觉三维重建中，我们需要先确定两个摄像头的参数，包括焦距、视场角等。
这些参数能够帮助我们计算出两个摄像头之间的基线距离，以及每个像素对应的实际物理尺寸。
2. 求解视差图通过两个不同的摄像头拍摄同一物体，会得到两个不同的图像。
由于这两个摄像头的位置不同，因此同一物体在两个图像中的位置也不同，我们通过求解这两个图像的视差来计算出物体在三维空间中的位置。
视差图指的是两个图像中相同像素点的位置差异。
3. 重建三维空间点云通过求解视差图，我们可以计算出每个像素对应的物体在三维坐标系中的位置。
将这些位置信息组成点云，我们就可以重构出物体的三维空间形态。
对于边缘等细节的部分，我们可以使用插值算法来进行处理，从而达到更加精细的效果。
4. 优化重构的三维模型重构出的三维模型通常会有一些不完整的地方，例如缺少纹理、边缘不连续等。
为了达到更好的效果，我们可以使用一些计算机视觉的技术来进行优化。
例如，我们可以使用纹理映射技术来给三维模型添加纹理，还可以使用表面平滑算法来优化模型表面的连续性。
5. 应用双目视觉三维重建技术有着广泛的应用，在计算机视觉、机器人、自动驾驶、虚拟现实等领域都有着重要的作用。
例如，在虚拟现实中，可以使用双目视觉三维重建技术来生成逼真的虚拟场景，以便于用户进行沉浸式体验。
总结双目视觉三维重建原理是一种先进的计算机视觉技术，它可以通过两个不同的摄像头来获取物体的三维信息。
它主要由确定相机参数、求解视差图、重建三维空间点云、优化重构的三维模型和应用等几个步骤组成。
应用双目视觉三维重建技术可以帮助我们生成逼真的虚拟场景，推动计算机视觉等领域的发展。
结构光3D扫描原理总结
结构光3D扫描原理总结可移动式结构光三维扫描技术常见的可移动式三维扫描技术可以通过空间结构光编码、视频和激光等技术方案实现结构光编码方法中只有空间编码可以实现可移动式三维扫描,但精度和分辨率不够高;基于视频方式易于实现,约束条件少,但获取的三维信息有限,多适用于建筑物等大型场景,对于小物体细节刻画的效果不够好。
激光三维扫描仪是较理想的解决方案,但高昂的价格制约了其普及的程度。
由于扫描仪视角范围的原因,大部分系统都是只产生了物体某一部分的三维模型。
获得完整模型通常需要旋转物体或者旋转扫描仪,做多次扫描。
得到多个视角的三维模型后,再通过RapidForm等第三方软件实现多视角模型的配准,得到完整的模型。
这样的处理很费时,自动化程度低。
基于时间一空间混合结构光编码方法的可移动式三维模型获取技术。
该技术结合了时间编码在精度上的优势和空间编码在处理动态物体扫描上的优势,给出了亚像素级别的解码算法,并利用三角测距法从不同角度获得物体的三维模型。
研究了多角度模型的ICP配准技术。
该技术将第二部分获得的多角度模型通过ICP配准算法快速自动拼接成完整的模型并进行渲染。
空间结构光编码技术对投影出的结构光做编码,然后采集图像进行解码,结合事先标定好的设备内外参数通过三角测距法获得物体的三维信息。
视频相关技术利用视频中包含的图像序列的特点以及被扫描物体本身的特性获得三维模型,多用于建筑物等场景的三维信息获取。
激光三维扫描技术利用激光发射和反射的时间差来计算物体的深度信息,结果精确,生成模型的速度较快。
存在的问题：首先,存在技术和成本上的挑战。
空间结构光编码方法精度和分辨率不够高,且要求物体表面结构不能有太多突变,否则会引起严重的遮挡,造成解码错误;基于视频的方法获取的三维信息有限,多适用于建筑物等大型场景,对于小物体细节刻画的效果不够好。
激光扫描仪是目前比较理想的解决方案,速度快精度高,但高昂的价格制约了其普及的程度。
三维扫描仪工作原理
三维扫描仪工作原理概述三维扫描仪是一种用于获取真实物体的三维几何信息的设备，其工作原理是使用激光或光学投影原理与高精度测量技术相结合，通过对物体的表面进行扫描和测量，获取物体的三维坐标数据。
本文将介绍三维扫描仪的工作原理及其主要组成部分。
工作原理三维扫描仪主要有两种工作原理：光学投影和激光测距。
光学投影光学投影原理是通过投影仪将光斑投射到物体表面上，然后使用相机对光斑进行观测和测量。
这种方式需要在物体表面粘贴标记点，以便相机能够识别和跟踪。
当光斑从投影仪上发射并照射到物体上时，相机会记录下光斑的坐标，并通过计算光斑的位置和角度来确定物体表面的轮廓。
通过对不同角度下的光斑进行观测和测量，可以获取物体表面的三维坐标数据，从而得到物体的三维模型。
激光测距激光测距原理是利用激光束在物体表面上的反射和接收来测量物体的三维形状。
三维扫描仪将激光束发射到物体表面上，并使用光电元件接收激光的反射信号。
根据激光的发射和接收时间以及激光的速度，可以计算出激光束和物体表面的距离。
通过对不同角度下的激光测距进行观测和测量，可以获取物体表面的三维坐标数据。
主要组成部分三维扫描仪主要由以下几个组成部分组成：激光器激光器是三维扫描仪的核心部件之一，它产生高能量、相干和直线性的激光束。
常用的激光器有二极管激光器和气体激光器。
二极管激光器具有小体积、低功率消耗和长寿命的特点，适合用于便携式和低成本的三维扫描仪；气体激光器具有高能量、高光斑质量和长距离照射能力，适合用于高精度和远距离扫描。
接收器接收器用于接收激光的反射信号，并将信号转换为电信号进行处理和分析。
常用的接收器包括光电二极管和CCD/CMOS相机。
光电二极管具有快速响应、低噪声和较大的动态范围的优点，适合用于高速扫描和大范围测量；CCD/CMOS相机具有高分辨率和丰富的图像信息，适合用于高精度和高质量的三维重建。
三角测距原理三角测距原理是基于光学三角测量原理和三角函数的计算，通过测量激光束和相机之间的角度和距离来计算物体表面的三维坐标。
编码结构光投影双目视觉三维测量技术研究
摘要三维成像技术是目前比较热门的研究领域，在众多已提出的方法中，采用结构光对物体表面进行扫描重建的方法越来越受到人们的重视。
投影结构光三维重建具有较高精度、非接触、检测速度快、操作简单等优点，在工业场景中正应用得越来越广泛。
单目的结构光系统面对具有复杂表面或者阶梯、陡峭表面的物体时，因遮挡问题而不能重建出完整的物体表面。
双目或多目的投影结构光系统可以有效地解决单目系统遇到的问题，但也引入了新的问题，比如：需要解决多目系统的标定以及多个点云融合的问题。
本文详细介绍了双目结构光系统的测量原理，主要包括投影图案的编码解码技术、系统模型中参数的标定以及点云的生成与融合拼接等。
通过对图案编解码策略进行分析，决定采用格雷码编码，它可以显著提高解码的可靠性。
在对投影仪进行标定时，通过局部单应性变换的方法将投影仪标定转换为成熟的相机标定，大大提高了投影仪标定的准确性。
在最后的点云重建部分，针对菱形排布投影器件的特性，提出了一种三角法三维点云重建的改进方案，有效地解决了正常使用三角法重建点云出现的变形问题。
之后，根据上述原理开发了一套双目结构光三维测量系统，使用它可对复杂表面进行三维重建。
该系统硬件组成比较简单，由一个投影仪和两个相机组成，在进行三维重建时，实际上是左右两个子系统（两个投影仪-相机对）分别进行三维点云重建，之后将右点云变换坐标与左点云进行融合。
实验结果表明工作距离为800mm时，系统的重复相对测量误差为0.6%，即能有效地重建出被测物三维形貌。
关键词：三维测量；双目结构光；格雷码；标定；坐标变换ABSTRACTThree-dimensional imaging technology is a hot research field at present.Among the many methods proposed,the method of scanning and reconstructing the surface of an object using structured light has received more and more attention.3D reconstruction of projection structure light has many advantages,such as high accuracy,non-contact,fast detection speed,simple operation,etc.It is being applied more and more widely in industrial scenes.When a single-objective structured light system faces an object with a complex surface or a stepped or steep surface,it can not reconstruct a complete object surface due to occlusion problems.Binocular or multi-objective projection structured light systems can effectively solve the problems encountered by monocular systems,but also introduce new problems,such as the need to solve the calibration of multi-eye systems and the problem of multiple point clouds fusion.In this paper,the measurement principle of binocular structured light system is introduced in detail,including the coding and decoding technology of projection pattern, the calibration of parameters in system model,the generation and fusion of point clouds, etc.By analyzing the pattern coding and decoding strategy,it is decided to adopt Gray code coding,which can significantly improve the reliability of decoding.In the calibration of the projector,the projector calibration is converted into a mature camera calibration by a local homography transformation method,which greatly improves the accuracy of the projector calibration.In the last part of point cloud reconstruction, according to the characteristics of diamond-shaped projection devices,an improved scheme of three-dimensional point cloud reconstruction using triangular method is proposed,which effectively solves the deformation problem of point cloud reconstruction using triangular method.Then,based on the above principle,a set of binocular structured light3D measurement system was developed,which can be used to reconstruct3D complex surfaces.The hardware composition of the system is relatively simple,consisting of a projector and two cameras.When performing3D reconstruction,the two subsystems (two projectors-camera pairs)are actually reconstructed by3D point cloud respectively, and then the coordinates of right point clouds and left point clouds are fused.The experimental results show that the system's repeated relative measurement error is0.6% when the working distance is800mm,which can effectively reconstruct thethree-dimensional shape of the measured object.KEYWORDS:three-dimensional measurement;binocular structured light;Gray code; calibration;coordinate transformation目录第一章绪论 (1)1.1课题研究的背景和意义 (1)1.2三维测量技术概述 (1)1.3投影结构光三维测量研究现状 (3)1.3.1点结构光 (4)1.3.2线结构光 (4)1.3.3编码结构光 (4)1.4课题来源和主要研究内容 (6)1.5小结 (7)第二章双目结构光三维测量技术 (8)2.1双目结构光三维测量原理 (8)2.2投影仪和相机模型 (9)2.2.1坐标系简介 (10)2.2.2针孔相机模型 (12)2.2.3畸变模型 (13)2.3投影图案编码 (14)2.3.1二进制编码 (14)2.3.2格雷码编码 (15)2.4健壮的格雷码解码 (16)2.4.1计算阴影掩码 (16)2.4.2光分量分离与像素分类 (16)2.5三角法求解三维点云 (18)2.6左右点云融合 (20)2.6.1获取旋转平移矩阵 (20)2.6.2基于迭代最近点（ICP）算法的点云配准 (21)2.7小结 (21)第三章结构光测量中的标定技术 (23)3.1标定的数学原理 (23)3.1.1张氏标定法 (23)3.1.2立体标定 (26)3.2标定数据的获取 (27)3.3参数标定 (28)3.3.1相机标定 (28)3.3.2投影仪标定 (29)3.3.3系统标定 (30)3.4标定实验结果分析 (31)3.5小结 (33)第四章软硬件设计及关键问题解决 (34)4.1系统硬件设计 (34)4.1.1系统硬件选型 (34)4.1.2系统硬件搭建 (36)4.2系统软件设计 (36)4.2.1软件开发的前期准备工作 (37)4.2.2软件总体设计 (37)4.2.3软件主要模块的实现 (38)4.3系统搭建中的关键技术 (43)4.3.1投影仪和相机之间的同步 (44)4.3.2对于菱形排布投影器件的三角法改进 (45)4.4小结 (47)第五章实验研究与分析 (48)5.1标准阶梯块测量实验 (48)5.2标准圆柱测量实验 (50)5.3左右点云融合效果展示 (52)5.4小结 (54)第六章总结与展望 (56)6.1总结 (56)6.2展望 (57)参考文献 (58)插图清单图1.1三维测量方法分类 (1)图1.2三坐标测量机 (2)图1.3Breuckmann公司的StereoSCAN-HE三维扫描仪 (3)图1.4点结构光示意图 (4)图1.5投影仪-相机对 (5)图1.6编码结构光分类 (5)图2.1双目结构光三维测量系统 (8)图2.2双目结构光系统工作流程 (9)图2.3坐标系示意图 (10)图2.4摄像机坐标系和世界坐标系 (11)图2.5像素p(199，360)的信息编码成两个序列 (15)图2.6二进制其中一bit图案像素编码 (15)图2.7二进制编码和格雷码编码比对 (15)图2.8某一bit的格雷码编码图案 (17)图2.9立体视觉模型 (18)图2.10两条空间直线距离的中点 (19)图3.1从不同方向拍摄的不同姿态的相机标定棋盘格图案序列 (29)图3.2使用单应性矩阵将棋盘格角点变换到投影仪平面上 (29)图3.3相机标定重投影误差 (33)图4.1系统硬件构成图 (36)图4.2软件主界面 (36)图4.3软件分层结构图 (37)图4.4条纹投影功能运行流程图 (38)图4.5投影仪控制界面 (39)图4.6图像采集流程图 (40)图4.7图片采集控制界面 (41)图4.8系统标定流程图 (42)图4.9三维重建设置界面 (42)图4.10点云显示效果图 (43)图4.11采集到的图像序列 (44)图4.12投影图案发生变形 (45)图4.13投影仪中DM微镜的菱形排布 (45)图4.14点云重建流程图 (46)图5.1系统实验示意图 (48)图5.2标准阶梯块 (49)图5.3采集的原始格雷码图片和格雷码解码结果 (49)图5.4阶梯块重建结果 (50)图5.5标准圆柱实物图 (51)图5.6圆柱体点云 (51)图5.7点云中两点之间的距离 (52)图5.8遮挡问题及其解决方案 (52)图5.9点云融合展示 (54)表格清单表2.1格雷码和二进制编码比较 (16)表2.2像素分类策略 (18)表3.1相机和投影仪标定时的参数 (28)表4.1相机主要参数 (35)表5.1标准阶梯块测量结果和误差（单位：mm） (50)表5.2拟合的圆柱半径（单位：mm） (51)表5.3点云融合精度（单位：mm） (53)第一章绪论第一章绪论1.1课题研究的背景和意义对物体表面三维尺寸的测量是当前比较热门的研究领域，相应的测量技术在我们的生产生活中有着广泛的应用。
三维扫描仪的工作原理
三维扫描仪的工作原理
三维扫描仪利用光学、激光或结构光等技术原理，通过捕捉物体表面的几何形状和纹理信息，从而实现对物体的三维建模或数字化重建。
光学原理主要基于相机成像，通过摄像机的透视投影将物体表面从不同视角拍摄下来，然后通过计算机对不同视角的图像进行配准，并提取出每个像素点的空间坐标，最终形成三维点云。
激光原理利用激光器发出的激光束照射到物体表面，激光束被物体反射或散射后经由接收器接收到，接收器通常是一个光电元件，它能够检测到激光的强度和时间信息。
通过测量激光到达物体表面和反射回来所用的时间，以及激光的强度衰减，可以推导出物体表面的形状和距离信息。
结构光原理采用投影仪将编码的光模式投射到物体表面，物体表面上的几何纹理将对投射的光模式产生形变。
利用相机捕捉到这些变形的图像，并结合预先编码的光模式，可以通过计算得到物体表面的三维坐标。
常见的结构光技术包括正弦光条纹投影、格雷码投影等。
无论是光学、激光还是结构光原理，三维扫描仪都需要通过由硬件设备和计算机软件组成的系统来完成图像或数据的采集、处理和分析。
通过对捕捉到的表面数据进行滤波、配准和重建等算法处理，最终得到高质量的三维模型。
双目结构光解相位
双目结构光解相位双目结构光解相位写相关内容双目结构光技术是一种基于人眼双目视差的三维重建技术，其原理是利用两个不同角度拍摄的图像来计算物体的深度信息。
与传统的单目结构光技术相比，双目结构光技术具有更高的精度和稳定性，广泛应用于机器人导航、三维重建、虚拟现实等领域。
在双目结构光技术中，解相位是其中一个重要的步骤。
解相位是指将双目视差信息转换为物体深度信息的过程。
在解相位的过程中，需要进行相位匹配和相位展开两个主要的步骤。
相位匹配是指将左右两个图像的相位进行对齐的过程。
由于光的传播速度有限，双目摄像机拍摄的图像在时间上并不完全一致，存在一定的时间差，因此需要通过相位匹配将两个图像的相位信息进行同步。
常用的相位匹配算法有块匹配算法和光流法。
块匹配算法通过比较两个图像中块的相位差异来进行相位匹配，该算法简单易实现，但对图像中的纹理复杂度要求较高。
光流法则基于图像中的像素光流来进行相位匹配，对复杂纹理具有较好的适应性。
相位匹配的结果是将左右两个图像的像素进行一对一的匹配，为后续的相位展开提供了准确的参考。
相位展开是将匹配后的相位信息转换为物体深度信息的过程。
相位展开的原理是根据光的相位差来计算物体的深度信息。
光的相位差与物体表面的高度差成正比，通过对相位信息进行展开，可以得到物体表面每个像素点的高度信息。
常用的相位展开算法有二维相位展开算法和三维相位展开算法。
二维相位展开算法是将双目视差信息展开成二维的高度图，通过对二维高度图的处理和分析得到物体的深度信息。
三维相位展开算法则是将双目视差信息直接转换为三维的点云信息，通过对点云的处理和分析得到物体的深度信息。
相位解算在双目结构光技术中起着重要的作用。
双目结构光技术通过解相位得到物体的深度信息，从而实现对物体的三维重建和测量。
解相位的精度和稳定性直接影响到双目结构光技术的整体效果，因此对于相位解算算法的研究和改进具有重要意义。
当前，针对相位解算的研究主要集中于提高算法的精度和鲁棒性，减少误差和噪声的影响，提高物体形状和纹理的重建效果。
三维扫描仪的原理及应用
三维扫描仪的原理及应用1. 引言三维扫描仪是一种可以快速获取物体表面形状信息的设备。
随着科技的进步和应用领域的不断扩展，三维扫描仪的原理和应用也越来越多样化和广泛。
本文将介绍三维扫描仪的基本原理，并探讨其在各个领域中的应用。
2. 三维扫描仪的基本原理三维扫描仪通过光学或机械手臂的方式对物体进行扫描，从而获取物体表面形状的三维信息。
其基本原理可以简单描述如下：1.发射光束：三维扫描仪会发射一束光束（如激光束或结构光）到物体表面。
2.接收反射光：物体表面会对光束进行反射，三维扫描仪会接收到反射光。
3.计算深度：根据接收到的反射光，三维扫描仪会计算出每个扫描点在场景中的深度信息。
4.构建三维模型：通过扫描多个点，三维扫描仪可以构建出物体的完整三维模型。
3. 三维扫描仪的应用领域3.1 艺术和文化遗产保护三维扫描仪在艺术品和文化遗产的保护中起到了重要的作用。
它可以快速且精确地记录艺术品的形状和细节，为艺术品的数字化保存提供了便利。
此外，三维扫描仪还可以帮助文化遗产保护机构进行文物的修复和保护工作。
3.2 工业制造在工业制造领域，三维扫描仪被广泛应用于产品设计和质量控制过程中。
它可以帮助设计师快速获取产品的形状数据，并进行数字化建模和分析。
同时，三维扫描仪还可以用于产品质量检测，通过与设计模型进行比对，发现产品的缺陷和偏差。
3.3 医疗保健在医疗保健领域，三维扫描仪用于制作个性化医疗器械和假体。
通过扫描患者的身体部位，如牙齿、颅骨或肢体，三维扫描仪可以生成精确的数字模型，为医生提供更准确和个性化的治疗方案。
同时，三维扫描仪还可以用于制作义肢、矫形器具等医疗辅助设备。
3.4 虚拟现实和游戏在虚拟现实和游戏领域，三维扫描仪用于捕捉真实世界中的物体和人体，并将其精确地重建为虚拟场景中的模型。
这使得用户可以在虚拟环境中与真实物体进行互动，增强了虚拟现实和游戏的沉浸感和真实感。
3.5 建筑和文化遗产重建三维扫描仪在建筑和文化遗产重建中也有广泛的应用。
如何制作一台双目结构光三维扫描仪（一）
如何制作一台双目结构光三维扫描仪（一）本文由作者原创！（一）原理简述与硬件设备与模块划分写在前面的话从2017年秋到2019年夏，从事三维扫描方向的研究也快满两年了。
从最初的大三小白到制成一台线激光三维扫描仪再到毕设期间完成的双目结构光三维扫描仪，我似乎学到了许多知识，但仔细想想却又发现可堪用者寥寥。
所以计划在此将之前的研究做一个总结，从双目结构光三维扫描仪入手：谈谈我对其原理之理解；介绍我所采用的一些硬件；主要写写三维扫描在软件上的实现（包括功能上的模块化，以及各个模块的实现），也希望能为有志从事这方面工作的同学提供一点小小的帮助。
在博文中出现的错误和疏漏还请诸位老师同学斧正，谢谢！1.1 三维扫描原理简述三维扫描的原理有很多，大体上可以分为“接触式”和“非接触式”两种，其中“接触式”在这里不做赘述。
“非接触式”中有包含激光三角法、飞行时间法（TOF）、红外散斑技术、傅里叶变换轮廓术等等。
我采用的是双目立体视觉和编码结构光相结合的一种方法[1]，属于“非接触式”。
在实现基于这一原理的三维扫描仪后，我的直观感受是（1）原理并不复杂，这使得编程的难度大大降低；（2）硬件要求很低，完全不用考虑电路设计，买现成的便携投影仪和CMOS或CCD就可以；（3）效果拔群，主要体现在精度较高和扫描速度快这两点上。
那么闲言少叙，下面开始介绍。
既然是“双目立体视觉和编码结构光相结合的方法”，那就得了解“双目立体视觉”和“编码结构光”在这个方法中起到了什么作用。
首先，“双目立体视觉”，简单而言就是利用不同位置的两台相机取得同一场景的两幅视差图像[1]，然后通过某种方法确定物体上一点在对应两幅图片中的位置，从而得到该点的三维坐标信息（具体的数学推导在另一篇博文中补充），从而得到整个物体的三维点云模型。
如图1所示。
图1其次，“编码结构光”就是用来确定物体上一点在对应两幅图片中的位置的某种方法，我使用的是格雷码编码的结构光，通过将格雷码编码图案投影到物体表面，可以将物体表面上每一个点（准确来说应该是每一个子区域）都赋予一个独一无二的码值，即特征值。
结构光扫描原理
结构光扫描是一种非接触式的三维表面测量技术，它通过投射特定的光模式（如条纹、网格或点阵）到被测物体表面，然后利用相机从不同的角度捕捉这些光模式在物体表面上的变形情况。
通过分析变形后的光模式，可以计算出物体表面各点的位置信息，进而重建出物体的三维模型。
结构光扫描的基本原理包括以下几个步骤：
1. 结构光投射：使用激光器或其他光源生成一种或多种已知图案的光，这些图案被投射到待测量的物体表面上。
2. 图像采集：至少需要两台相机从不同的视角捕捉被物体表面反射回来的光模式。
相机记录下的图像中，结构光图案会因为物体表面的几何形状而产生畸变。
3. 畸变分析：软件算法分析相机捕获的图像，识别光模式的畸变，并通过三角测量原理计算出畸变前后图案的对应关系。
4. 三维重建：根据畸变分析的结果，软件会计算出每个光点在三维空间中的位置，从而构建出物体的精确三维模型。
结构光扫描技术具有测量速度快、精度高、能够捕捉复杂表面几何信息等优点，广泛应用于工业检测、文化遗产保护、医疗成像等领域。
然而，它也有局限性，例如在测量深度大或者纹理复杂的物体时，可能会受到光线反射、遮挡等因素的影响，导致测量误差。
因此，在实际应用中需要根据被测物体的特点和测量环境选择合适的扫描策略和参数设置。
结构光3D扫描原理课件PPT-经典必看
3D Model Acquisition Pipeline
3D Scanner
View Planning
Alignment
Done?
Merging
Display
Real-Time 3D Model Acquisition
Next Class
• Polyhedral Objects and Line Drawing • Reading Notes
3D Scanning
Structured Light Reconstruction
• Avoid problems due to correspondence • Avoid problems due to surface appearance • Much more accurate • Very popular in industrial settings
Portable 3D laser scanner (this one by Minolta)
Faster Acquisition?
• Project multiple stripes simultaneously • Correspondence problem: which stripe is which?
assembly, inspectionቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ etc).
Light Stripe Scanning – Single Stripe
Light plane
Source
Camera
Surface
• Optical triangulation
– Project a single stripe of laser light – Scan it across the surface of the object – This is a very precise version of structured light scanning – Good for high resolution 3D, but needs many images and takes time
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双目结构光三维扫描仪原理
双目结构光三维扫描仪原理是一种常用于三维重建和深度感知的技术。
它通过
使用两个摄像机和结构光投影系统，实现对物体表面的快速、准确的三维测量。
双目结构光三维扫描仪通过结构光投影系统在被测物体表面投射光条或光栅，
并使用其中一个摄像机来拍摄物体表面的投影图案。
这个图案帮助确定物体表面的纹理和形状。
另一个摄像机与第一个摄像机成一定的角度，同时观察并拍摄物体表面。
通过
比较两个摄像机的视角和拍摄的图像，我们可以得到物体表面不同点之间的视差信息。
然后，通过三角测量和立体视觉算法，双目结构光三维扫描仪可以计算出每个
像素点的深度信息。
这些深度信息可以被用来创建三维模型或进行物体检测和跟踪。
由于双目系统中有两个摄像机，因此可以通过观察物体时的双目视差，判断物
体的位置和形状。
这使得双目结构光三维扫描仪特别适用于室内导航、人脸识别和手势识别等应用。
双目结构光三维扫描仪利用结构光投影系统和双目摄像机，通过观察投射在物
体表面的图案和测量视差信息，能够快速而准确地获取物体的三维形状和深度信息。
它在计算机视觉、机器人技术和虚拟现实等领域具有广泛的应用前景。