结构光三维成像技术

关键词： 结构光
keywords: structured illumination

1、结构光三维成像特点：
存贮信息：物体三维信息（三维几何信息、灰度信息、颜色信息），通过重建可以回复物体完整的三维特征。

2、结构光三维成像过程：
①投影一载频条纹到物体表面，然后从某一角度获取物体表面被结构光条纹调制的变形二维条纹图像；
②通过数字重建方法，从包含变形条纹的二维像中获得物体的三维像。

3、结构光三维成像原理：
以条纹图像与测量基础，条纹距离为测量尺度，测量物体表面的三维信息。

4、结构光三维成像方法：
4.1基于傅里叶条纹分析的三维成像方法
优势：只需要一帧图像就可全场重建被测物体三维面形，适用于动态过程的三维量测与显示。但是需要已知物体表面反射率R（x，y）和投影光强C。
缺点：i：但是对于非远心结构光条纹，其基准面上的相位分布不是线性分布，通过直接获得参考平面的条纹图进而得到其相位分布，从而得到漫反射物体由于高度引起的相位调制，解算出其表面三维信息；ii：缺乏局部分析能力，此时需要引入一些时频分析技术：窗口傅里叶变换（WFT）、小波变换（WT）、以及S变换，可以有效提高单帧条纹分析能力。

成像过程：
（a）将正弦光栅图形投影到物体表面，成像系统获得变形条纹图deformed_fringe。
（b）对变形条纹图deformed_fringe做傅里叶变化得到其频谱表达式；
（c）选择合适的滤波器，滤除原始正弦光栅图对应的基频谱。
（d）对剩下的频率信号做逆傅里叶变换，得到包含物体表面三维信息的复指数函数g(x,y)；
（e）经相位展开得到合适的自然相位，进而重建目标物体表面的h（x，y）分布，其中通过g（x，y）的幅度信息获得物体表面的光学影像（包括灰度及颜色信息）。

4.2基于相移条文分析的三维成像方法
优势：对于未知物体表面反射率R（x，y）、投影光强C及表面相位φ（x，y）的情况下，通过N（N>3）帧影像求解目标物体表面的相位φ（x，y）。也可获得物体表面的反射率R（x，y）。
如果记录条件允许，可以同时获取目标物体表面的光学影像（包含灰度及颜色信息），栅格化后将影像栅格中的信息逐个贴到解算出的物体表面h（x，y）上。进而得到包括几何信息与纹理信息的目标物体的三维成像结果。
缺点：
成像过程：

4.3动态过程的三维成像
优势：
缺点：
成像过程：

参考文献：

苏显渝, 张启灿, 陈文静. 结构光三维成像技术[J]. 中国激光, 2014, 41(2):1-10.