结构光3D视觉原理分解
3D成像方法汇总（原理解析）---双目视觉、激光三角、结构光、ToF、光场、全息
3D成像方法汇总（原理解析）---双目视觉、激光三角、结构光、ToF、光场、全息3D成像方法汇总介绍：这里要介绍的是真正的3D成像，得到物体三维的图形，是立体的图像。
而不是利用人眼视觉差异的特点，错误感知到的假三维信息。
原理上分类：主要常用有：1、双目立体视觉法(Stereo Vision)2、激光三角法(Laser triangulation)3、结构光3D成像(Structured light 3D imaging)4、飞行时间法ToF（Time of flight）5、光场成像法（Light field of imaging）6、全息投影技术(Front-projected holographic display)7、补充：戳穿假全息上面原理之间可能会有交叉。
而激光雷达不是3D成像原理上的一个分类，而是一种具体方法。
激光雷达的3D成像原理有：三角测距法、飞行时间T oF法等。
激光雷达按照实现方式分类有：机械式、混合固态、基于光学相控阵固态、基于MEMS式混合固态、基于FLASH式固态等。
1、双目立体视觉法：就和人的两个眼睛一样，各种两个摄像头的手机大都会用这种方法来获得深度信息，从而得到三维图像。
但深度受到两个摄像头之间距离的限制。
视差图：双目立体视觉融合两只眼睛获得的图像并观察它们之间的差别，使我们可以获得明显的深度感，建立特征间的对应关系，将同一空间物理点在不同图像中的映像点对应起来，这个差别，我们称作视差(Disparity)图像。
对于视差的理解可以自己体验一下：将手指头放在离眼睛不同距离的位置，并轮换睁、闭左右眼，可以发现手指在不同距离的位置，视觉差也不同，且距离越近，视差越大。
提到视差图，就有深度图，深度图像也叫距离影像，是指将从图像采集器到场景中各点的距离（深度）值作为像素值的图像。
深度图与点云的区别，点云：当一束激光照射到物体表面时，所反射的激光会携带方位、距离等信息。
若将激光束按照某种轨迹进行扫描，便会边扫描边记录到反射的激光点信息，由于扫描极为精细，则能够得到大量的激光点，因而就可形成激光点云。
线结构光三维测量原理
线结构光三维测量原理线结构光三维测量是一种常用的三维形貌获取技术，通过投射一束具有特定结构的光线，利用物体表面对光线的反射或者散射来获取物体表面的三维形状信息。
这种技术广泛应用于工业制造、医学影像、文物保护等领域，在提高生产效率、保护文物、医学诊断等方面发挥着重要作用。
线结构光三维测量的原理是利用光学投影原理，通过投射一束特定结构的光线（如条纹、格网等），使得物体表面在不同位置产生不同的反射或散射效果。
通过相机捕获物体表面的反射或散射图像，并通过图像处理算法进行分析，从而得到物体表面的三维形状信息。
在进行线结构光三维测量时，首先需要确定光源、相机和物体之间的相对位置关系，确保光线能够正确照射到物体表面并被相机捕获到。
然后，通过控制光源的投射角度和结构，使得物体表面产生清晰的反射或散射效果，以便后续的图像处理分析。
在图像处理方面，通常会采用相位解析技术来获取物体表面的高度信息。
通过对捕获到的图像进行相位差分分析，可以得到物体表面在不同位置的相位信息，进而计算出物体表面的三维坐标信息。
这种相位解析技术能够实现高精度的三维形貌测量，广泛应用于工业制造领域。
除了相位解析技术外，还有基于深度学习的图像处理算法在线结构光三维测量中得到了广泛应用。
通过训练神经网络模型，可以实现对复杂物体表面的三维形状信息的准确提取，进一步提高了测量的精度和效率。
总的来说，线结构光三维测量是一种基于光学原理和图像处理技术的高效三维形貌获取方法。
它在工业制造、医学影像、文物保护等领域发挥着重要作用，为相关领域的发展提供了有力支持。
随着图像处理技术的不断发展和创新，线结构光三维测量技术将会更加普及和应用，为人类社会的发展带来更多的便利和进步。
3d结构光原理
3d结构光原理3D结构光原理。
3D结构光是一种用于获取三维物体表面形状的技术，它通过投射特殊编码的光斑到物体表面，再通过相机捕捉这些光斑的畸变，从而计算出物体表面的三维坐标信息。
这种技术在工业、医疗、文化遗产保护等领域有着广泛的应用前景。
本文将介绍3D结构光的原理及其应用。
首先，让我们来了解一下3D结构光的原理。
在进行3D结构光扫描时，首先需要使用一种激光光源，这种光源通常是一种特殊的投影仪。
投影仪会将特殊编码的光斑投射到待测物体表面上。
这些光斑可以是条纹、格点或其他特殊编码的形状。
当这些光斑照射到物体表面时，由于物体表面的形状不同，光斑在物体表面上会发生畸变。
接下来，通过相机捕捉这些畸变的光斑图案，并通过计算机算法对这些图案进行分析，就可以得到物体表面的三维坐标信息。
3D结构光的原理简单而直观，但是在实际应用中需要考虑很多因素。
首先，激光光源的选择非常重要。
不同的光源会对扫描效果产生影响，因此需要根据具体的应用场景选择合适的光源。
其次，相机的选择也是至关重要的。
相机的分辨率、灵敏度、镜头质量等都会影响扫描的精度和速度。
此外，计算机算法的设计和优化也是3D结构光技术能否得到有效应用的关键。
只有将光斑图案准确地转换成物体表面的三维坐标信息，才能实现对物体表面的精确扫描。
除了以上提到的原理和应用，3D结构光技术还有许多其他的特点和优势。
首先，它可以实现非接触式的三维扫描，避免了传统测量方法中可能存在的接触损伤和变形。
其次，3D结构光技术可以实现快速高效的三维扫描，大大提高了生产和测量效率。
此外，由于3D结构光技术可以实现对物体表面的全息扫描，因此可以获取更加丰富的表面形状信息，适用于更多的应用场景。
综上所述，3D结构光技术是一种非常重要的三维测量技术，它通过投射特殊编码的光斑到物体表面，再通过相机捕捉这些光斑的畸变，从而计算出物体表面的三维坐标信息。
它在工业、医疗、文化遗产保护等领域有着广泛的应用前景。
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。
3d结构光原理
3d结构光原理
3D结构光原理是一种用于三维重建和测量的技术，它利用投影仪
将特定模式的光线投射到物体表面上，并通过相机捕获反射回来的图像，从而得出物体表面形状和深度信息。
下面我们将详细介绍3D结构
光原理。
1. 投影仪在3D结构光中，投影仪是非常关键的设备之一。
它
可以产生高亮度、高对比度且具有空间编码能力的图案或者条纹等模式，并将其投射到被测物体表面上。
2. 相机相机也是必不可少的设备
之一。
它通常放置在与投影仪垂直方向上，以便捕获被测物体表面反
射回来的图像。
这些图像包含了被测物体表面形状和深度信息。
3. 光
源为了保证成像质量，在进行3D结构光实验时需要使用均匀强度、稳
定性好、色温恒定等特点较好的白色灯源作为主要光源。
4. 物体标记
为了更准确地获取被测对象表面形状和深度信息，在进行实验前需要
在被测对象上粘贴黑白条纹或其他标记材料，使得每个区域都有唯一
识别码并且容易跟踪。
5. 算法处理最后一个步骤就是算法处理。
通过
对采集到的数据进行分析处理，可以计算出每个区域所代表位置及其
深度值，并进而生成三维模型或者提取相关参数等结果输出。
总之，
3D 结构光原理基于多种设备协同工作完成目标任务：投影仪产生特殊
模式；相机拍摄反射回来图片；灯源提供足够明亮环境；被测试样品
加入黑白条纹或其他标记材料；最后通过算法处理数据达成目标结果。
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ppt课件
图像处理、分析与机器视觉
n三维视觉技术分类 n 结构光三维视觉系统和原理 n 结构光模式
n 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；
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
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
结构光三维
结构光三维测量技术是一种集光、机、电和计算机技术于一体的立体视觉测量技术，主要用于对物体空间外形、结构和色彩的扫描，从而获得物体表面三维数据。
结构光三维测量系统的核心部分包括图像采集、相机标定、特征提取、立体匹配和三维点云计算和处理系统。
其中，光源经过投射系统将光栅条纹投射到被测物体上，经过被测物体形面调制形成测量条纹，由相机采集测量条纹图像，进行解码和相位计算，最后利用外极线约束准则和立体视觉技术获得测量曲面的三维数据。
这种技术的意义在于能够将实物立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供了技术支持。
特别是在文化遗产数字化保护、医疗三维影像、安全监控等领域，结构光三维测量技术都发挥着重要作用。
以上信息仅供参考，如需了解更多信息，建议查阅结构光三维测量技术的专业书籍或咨询专业人士。
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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。
结构光三维视觉模型
1、解析几何模型（公式过多，省略）
2、透视投影模型
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：
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
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
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
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。
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。