图像处理9：结构光

图像处理9：结构光

(1)三维视觉技术分类：

          三维视觉主要包括双目立体视觉和结构光三维视觉,还有其他三维视觉技术,如由明暗恢复性能、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主动(由周围光照条件提供照明)和主动(由专门光源装置提供照明)两种。

 

(2)结构光三维视觉组成和原理：

           ①组成:结构光投射装置、摄像机、图像采集及处理系统。

           ②原理:

                  结构光三维视觉基于光学三角测量原理。

                  光学投射器将一定模式的结构光投射于物体表面,在表面形成由被测物体表面形状所调制的光条三维图像。该三维图像由处于另一位置的摄像机获取,从而获得光条二维畸变图像。

                  沿光条显示出的位移与物体表面高度成正比,扭结表示了平面的变化,不连续表示了表面的物理间隙。

                  当光学透射仪与摄像机之间的相对位置固定时,由畸变的二维光条图像坐标可以重现物体表面三维形廓。

(3)结构光模式分类：

             ①点结构光模式：

                    1) 简介:激光器发出的光束投射到物体上形成一个光点,光点经过摄像机镜头在摄像机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,可由其确定光点在某一已知世界坐标系中的空间位置。

                     2)特点:需要逐点扫描物体,因此需要的时间随被测物增大急剧增加。

             ②线结构光模式：

                     1)简介:向物体投射一条光束,光束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,畸变的程度和深度成正比,不连续则显示出了物体表面的物理间隙。线结构光模式从畸变的光条图像信息中获取物体表面的三维信息。线结构光模式可视为点结构模式的扩展。

                     2) 特点:与点结构模式相比,线结构光模式的测量信息量大大增加,实现复杂度没有增加,受到广泛应用。

             ③多线结构光模式：

                     1)简介:向物体表面投射多条光束,一方面可以处理多条光条,提高图像的处理效率,另一方面多光束覆盖增加了测量的信息量,可获得物体表面更大范围的深度信息。

                     2) 特点:效率和范围较前两种模式增加,但引入了标定复杂度和光条识别的问题。

             ④面结构光模式：

                     采用面结构光,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二维轮廓测量,测量速度很快。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的对应关系,需要对投射的图案进行编码,因此这类方法又称为编码结构光测量法。

             ⑤相位法：

                      将光栅图像投射到被测物表面,受物体高度的调制,光栅条纹发生形变,这种变形缘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,最后根据三角法理计算出高度。

                      相位法的理论是光学三角法,但与光学三角法的轮廓术不同,它不直接寻找和判断由于物体高度变动后的点,而是通过相位间接地实现。