结构光三维重建技术分析.pptx

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结构光三维重建技术分析,结构光原理,结构光原理,结构光（StructuredLight）是一种主动式三维检测技术，由投影器和摄像头两部分组成。

投影器投射特定的光信息到物体表面后由摄像头采集，根据物体造成的光信号的变化来计算物体的位置和深度等信息，进而复原整个三维空间。

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这些散斑具有高度的随机性，而且会随着距离的不同而变换图案，空间任意两处的散斑图案都是不同的。

只要在空间中打上这样的光，整个空间都被做了标记，把一个物体放进这个空间，只要看看物体上面的散斑图案，就可以知道这个物体在什么位置了。

散斑结构光使用之前要把整个空间的散斑图案都记录下来，所以要先做一次光源标定。

Astra,Kinect1,散班结构光原理,假设规定的用户空间是距离摄像头14m的范围，每隔1cm取一个参考平面，那么标定下来我们就保存了300幅散斑图像。

标定的间距越小，精度越高。

需要进行测量的时候，拍摄一幅待测量的散斑图像，将这幅图像和保存下来的300幅参考图依次做互相关运算，进而得到300幅相关度图像。

而空间中的物体存在的位置，会在相关图像上会显示出峰值，把这些峰值叠加在一起，再经过插值运算后就会得到整个场景的三维形状。

红外双目相机,红外双目相机,Ailook,小觅标准版,DMC-4,红外双目相机和可见光双目相机原理类似，都是采用视差原理计算深度信息。

红外双目相机通过红外激光投影器投射特定的图案，在物体表面形成纹理，利用红外摄像机采集图像信息，然后按照双目原理进行三维重建。

红外双目相机不受物体表面纹理影响，在黑暗环境下可正常工作。

红外双目相机原理,红外双目相机采用视差原理计算深度信息，利用红外摄像机获取的图像像素点的灰度值进行立体匹配。

相位测量轮廓术,相位法原理,相位测量轮廓术（PhaseMeasurementProfilometry）简称相位法，工作原理是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，这种形变条纹可解释为相位和振幅均被调制的空间载波信号。

采集形变条纹并对其进行解调可得到包含高度信息的相位变化，因此获取形变光栅条纹的相位值是相位法三维测量的关键。

相移法,相移法的基本思想是通过采集多帧有一定相移的条纹图像来计算包含有被测物体表面三维信息的相位初值。

标准四步相移法,多频外差法,多频外差原理基本思想是利用低频光栅投影来确定物体突变部分的范围，再采用高频光栅投影来获得高精度的物体深度信息。

此方法利用粗光栅投影的测量结果来确定细光栅投影测量时相位展开值就能得到真实的相位。

外差原理,三频四步相移法,多频外差法基于时间相位展开算法，该方法利用不同频率的条纹光栅投影到被测物体表面，并且每种频率条纹投影过程都会进行相应的相移变换。

这种根据时间相位展开的算法，对于每个像素点的相位信息计算是独立的，有利于抑制外界干扰，因此多频外差法成为主要的结构光算法之一。

目前多频外差法主要采用三种频率的条纹光栅进行计算，并且相移步数为四步，即三频四步相移法。

因为选择频率只有两种时，p1和p2的节距就变得很大，此时会使得三维重建的精度降低，重建细节模糊。

如果采用更高频率的条纹光栅进行计算，则对应的条纹光栅节距将变小，光栅的正弦变化信息丢失严重并且增加投影图片的数量，降低重建的速度。

单目结构光,单目结构光,SizectorHD系列,单目结构光三维重建不需要通过立体匹配得到视差来计算深度信息。

通过相机图像中每个像素点对应的绝对相位值即可确定该像素点与投影器投影平面的像素点的匹配关系。

由于投影器的低通作用，投射的条纹光栅图案在空间中形成连续变化的图像，而相机采集的过程将正弦信息离散化。

在相机进行绝对相位计算时，每个像素点都是独立计算的，并且每个像素点得到的绝对相位值是浮点类型，因此可以对其进行深度信息计算，而不需要做进一步的亚像素估算。

单目结构光原理,单目结构光把投影器当做逆相机，投影器的参数模型参照相机参数模型代替。

根据P点绝对相位值建立投影器平面像素点与相机平面像素点的关系，通过方程求解P点的空间坐标。

单目结构光重建实例,四种频率投影,双目结构光,双目结构光,YT-50YJ,XTOM-MATRIX-3M,双目结构光由两部或四部相机和一个投影器组成，投影图案按照一定编码加相移法或多频外差原理生成条纹光栅。

投影器投射多幅条纹图案到被测物体，左右相机同时采集图像。

对于采集到的条纹光栅图像进行立体校正，使得左右图像满足极线约束条件。

通过解相方法分别计算出左右校正后图像的绝对相位值。

选择合适的立体匹配算法，对绝对相位值进行立体匹配，得到视差值，根据深度计算公式恢复出被测物体的三维数据。

EnsensoX36,双目结构光原理,双目结构光立体匹配是建立在双目视觉基础上的一种立体匹配，其匹配对象是经过解相后的绝对相位值。

像素绝对相位值和灰度值相比具有以下优势：

灰度值是整型，绝对相位值是浮点型，计算匹配代价时更精确。

绝对相位值在同一行具有唯一性，相位信息不会重复，避免了重复纹理和若纹理对匹配的影响。

双目结构光三维重建流程,结构光对比,结构光对比,参考资料,何春桥.基于多频外差法的双目结构光三维重建方法研究硕士论文.重庆大学,2018.李中伟.基于数字光栅投影的结构光三维测量技术与系统研究博士论文.华中科技大学,2009.clipp_Huang.单目结构光三维重建多频外差单目重建.CSDNBlog,2017.4.小觅智能官网.奥比中光官网.知象光电官网.宋雷等.多频外差相移三维测量关键技术J.长春工业大学学报:

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