3D成像機器視覺基礎(chǔ)知識（五）3D成像方法

正文

人們最熟悉的3D成像莫過于3D電影和全息投影了撬即。但是這有時是利用人眼的錯覺立磁，而非真正的3D成像。是“假三維”剥槐。與之相對的

則有包含具體的方向和距離等信息的3D成像技術(shù)唱歧。

根據(jù)成像原理的不同，主要有以下四類：

1. 雙目視覺（stereo vision）

2. 激光三角法（laser triangulation）

3. 結(jié)構(gòu)光3D成像（structured light 3D imaging）

4. 飛行時間法ToF（time of light）

在進行進一步的介紹之前先對深度圖和點云做簡單介紹粒竖，其中深度圖是指將圖像采集器到場景中各點的距離（深度）值作為像素值的圖

像颅崩。點云是目標表面特性的海量點集合；根據(jù)激光原理得到的點云包括三維坐標和激光反射強度蕊苗、根據(jù)攝影測量原理得到的點云包括三

維坐標和顏色信息沿后。點云和深度圖在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的。

雙目視覺法：

顧名思義朽砰，采用兩個相機模仿人類的兩只眼睛來獲得深度信息尖滚，從而處理出3D圖像。人類的兩只眼睛獲得的圖像是存在差別瞧柔，這個差

別被稱為視差熔掺。通過視差可以感知深度信息。

 

如上圖非剃，雙目視覺按照三角法的原理獲取三維信息置逻。兩個相機和被測物體之間構(gòu)成一個三角形，已知兩個相機的相對位置和被測物體在

左右兩個相機中的像素坐標备绽。通過計算可以得出物體的三維尺寸和特征點的三維坐標券坞。

這一方法中兩個相機之間的距離限制了深度信息鬓催。

激光三角法：

激光三角法有單點激光測距和線激光測距。兩者維度不同但原理相同恨锚，以單點激光測距為例進行介紹宇驾。

 

激光頭Laser和攝像頭CAMERA之間距離S，攝像頭和激光頭的連線為基準線猴伶，攝像頭焦距f课舍，激光頭射線方向和基準線夾角為β。通過

三角幾何知識他挎，通過f和β可以求出距離和坐標信息筝尾。

結(jié)構(gòu)光3D成像法：

結(jié)構(gòu)光，帶有一定結(jié)構(gòu)的光源办桨，這種結(jié)構(gòu)是已知的筹淫。結(jié)構(gòu)光的編碼方法有空間編碼和時序編碼兩種方式。

與激光三角法一樣呢撞，結(jié)構(gòu)光3D成像也是基于光學(xué)的三角測量原理损姜。光學(xué)投射器將一定模式的結(jié)構(gòu)光透射于物體表面，在表面上形成由

被測物體表面形狀所調(diào)制的光條三維圖像殊霞。該三維圖像由處于另一位置的攝像機探測摧阅，從而獲得光條二維畸變圖像。光條的畸變程度取

決于光學(xué)投射器與攝像機之間的相對位置和物體表面形狀輪廓（高度）绷蹲。直觀上逸尖，沿著光條顯示出的位移（或者偏移）與物體表面高度

成比例，扭結(jié)表示了平面的變化瘸右，不連續(xù)顯示了表面的物理間隙。當光學(xué)投射器與攝像機之間的相對位置一定時岩齿，由畸變的二維光條圖

像坐標便可重現(xiàn)物體表面三維形狀輪廓太颤。由光學(xué)投射器、攝像機盹沈、計算機系統(tǒng)即構(gòu)成了結(jié)構(gòu)光三維視覺系統(tǒng)龄章。

 

結(jié)構(gòu)光本身有點結(jié)構(gòu)光，線結(jié)構(gòu)光乞封，多線結(jié)構(gòu)光等模式做裙。除了這類光學(xué)三角法之外還有通過相位測量間接得出3D信息的相位法。

飛行時間法：

飛行時間是從Time of Flight直譯過來的肃晚，簡稱TOF锚贱。其基本原理是通過連續(xù)發(fā)射光脈沖（一般為不可見光）到被觀測物體上，然后用

傳感器接收從物體返回的光关串，通過探測光脈沖的飛行（往返）時間來得到目標物距離拧廊。

TOF法根據(jù)調(diào)制方法的不同监徘，一般可以分為兩種：脈沖調(diào)制（Pulsed modulation）和連續(xù)波調(diào)制（Continuous Wave 

Modulation）。

除了以上介紹的方法之外還有光場成像法等其他方法吧碾，這里不作介紹凰盔。