结构光模式的投射系统
结构光摄像头测深度的原理
结构光摄像头测深度的原理
结构光摄像头是一种用于测量物体深度的技术，它利用红外光和相机来获取物体表面的深度信息。
下面是结构光摄像头测深度的原理。
结构光摄像头通常由以下组件组成：
1. 光源：通常使用激光二极管或红外发光二极管发射红外光。
2. 投影系统：用于投射结构光模式（如光栅或条纹）至场景中。
3. 相机：用于捕获被投射的结构光模式后的图像。
4. 计算系统：用于处理并分析相机拍摄到的图像，提取深度信息。
结构光摄像头的工作原理如下：
1. 投射结构光：摄像头的光源发射红外光，通常是一种结构化光模式（如编码光栅或条纹）。
这个结构化光模式在被投射到物体表面时会形成一些变形或扭曲。
2. 感应光反射：被投射的结构光模式会在物体表面上反射或散射，并最终进入摄像头中。
3. 拍摄图像：相机捕获到反射或散射的结构光模式后的图像。
4. 提取深度信息：通过分析捕获到的图像，计算系统可以检测出结构光模式的变形或扭曲，然后根据已知的光源和相机参数，精确计算出每个像素点的深度值。
5. 生成深度图像：根据计算出的每个像素点的深度值，计算系统可以生成一个深度图像，其中每个像素点表示该点在场景中的深度。
结构光摄像头可以在小范围的场景中提供精确的深度测量，例如近距离的三维扫描、物体姿态跟踪和人脸识别等应用。
结构光摄像头的原理也可以用于其他深度感应技术，如飞行器的避障和虚拟现实中的手势识别。
3d结构光相机原理
3d结构光相机原理3D结构光相机原理引言：3D结构光相机是一种利用结构光原理进行三维重建的设备。
相比传统的摄像机，它能够获取更多的深度信息，并且在3D扫描、虚拟现实、计算机视觉等领域有着广泛的应用。
本文将介绍3D结构光相机的原理及其工作方式。
一、原理概述结构光相机的原理基于三角测量，通过投射一系列结构光条纹到目标物体上，然后利用相机捕捉这些条纹的形变，从而获取目标物体表面的深度信息。
其基本原理可以概括为以下几个步骤：光源投射、形变采集、三角测量和深度计算。
二、光源投射在结构光相机中，常用的光源有激光光源和LED光源。
光源的选择要根据具体的应用场景和要求来确定。
激光光源具有高亮度、高方向性和狭窄的光束特性，适合于长距离和室外环境下的测量；而LED光源则具有较低的成本和功耗，适合于近距离和室内环境下的测量。
三、形变采集光源投射到目标物体上后，会在物体表面产生形变。
结构光相机通过记录这些形变来获取深度信息。
形变的记录可以通过两种方式实现：被动方式和主动方式。
被动方式是通过相机直接观察物体表面的形变，而主动方式是通过相机观察物体表面上的结构光条纹的形变。
在实际应用中，主动方式更为常用，因为它能够获得更高的测量精度和鲁棒性。
四、三角测量获取到形变信息后，结构光相机需要进行三角测量来计算目标物体表面上每个像素点的深度。
三角测量的原理是利用物体表面上的三个点来构成一个三角形，通过测量三角形的边长和角度来计算出目标点的深度。
这个过程需要利用到相机的内参和外参参数，以及光源的位置信息。
五、深度计算通过三角测量，结构光相机可以得到目标物体表面上每个像素点的深度值。
深度值的计算通常是将物体表面划分成网格，然后对每个网格进行深度计算。
常用的深度计算方法有基于几何学的方法和基于光学的方法。
基于几何学的方法是通过测量物体表面上的形变来计算深度，而基于光学的方法是通过测量物体表面上的光强度来计算深度。
六、应用领域3D结构光相机在许多领域都有着广泛的应用。
嵌入式结构光投射系统设计
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＊
何 德 威 ， 志伟 ， 瀛 洁 张 于
（ 海大学 精密机械工程系 ， 上 上海 ２０７ ） ０ ０ ２
摘 要 ：结构 光投射 系统 的设 计搭 建是 结 构光 三维 形貌 测量 系统 成功 实现 的 关键 之 一 。传统 的 激
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测 量仪 的 实现 奠 定 了基 础 。 关键 词 ：结构光投 射 系统 ； 入 式结 构 ；三 维测量 ； 字微 镜模 块 嵌 数 中图分 类号 ： ＴＨ ４ ． 文 献标识 码 ： ７ １４ Ａ ｄ ｉ ０ ３ ６ ／ ｉ ｎ １０ —６０ ２ １ ． ４ ０ ０ ｏ：１ ． ９ ９ｊ ｓ ． ０ ５５３ ． ０ １ ０ ． １ ．ｓ
3d结构光技术原理
3d结构光技术原理3D结构光技术原理引言3D结构光技术是一种常用于三维物体扫描和建模的技术。
它通过投射光线并观察物体表面的反射光线，从而获取物体表面的深度信息。
本文将介绍3D结构光技术的原理和应用。
一、原理概述3D结构光技术基于三角测量原理，利用光线在物体表面反射的特性来计算物体表面上各点的深度信息。
其原理可以简单描述为以下几个步骤：1. 光源投射：使用一种特殊的光源，如投影仪或激光器，将光线投射到待测物体上。
2. 光线反射：物体表面对光线的反射会形成一个或多个光斑，这些光斑会在物体表面形成明暗交替的图案。
3. 图案捕获：使用一个或多个相机来捕获物体表面上的图案信息。
相机通常会拍摄多张图像，以便后续处理。
4. 图像处理：通过对多张图像进行处理，可以推断出物体表面每个点的深度信息。
5. 三维重建：根据物体表面的深度信息，可以生成物体的三维模型。
二、光源投射在3D结构光技术中，常用的光源有两种类型：投影仪和激光器。
投影仪适用于较大的扫描范围，而激光器则适用于高精度的扫描。
投影仪投射的光线通常是一种特殊的编码图案，如条纹、格点或随机点云。
这些编码图案可以提供更多的信息，从而提高深度信息的精度和可靠性。
激光器则可以产生一束高度聚焦的激光光束，通过逐点扫描物体表面来获取深度信息。
激光器的扫描速度较快，可以实现高频率的数据采集。
三、光线反射物体表面对光线的反射会形成明暗交替的图案。
这是因为物体表面的几何形状和材质会对光线的反射产生影响。
凹陷的区域会更暗，而凸起的区域会更亮。
通过观察反射图案的形态和变化，可以推断出物体表面每个点的深度信息。
例如，当光线投射在凹陷的区域时，光斑会变宽且暗度增加；而在凸起的区域，光斑则会变窄且亮度增加。
四、图案捕获为了获取物体表面上的图案信息，需要使用一个或多个相机来进行图像采集。
相机通常会拍摄多张图像，以便后续处理。
相机的位置和角度需要事先确定好，以确保能够捕获到整个物体表面的图案信息。
结构光3d相机原理
结构光3d相机原理
结构光3D相机是一种通过投射结构光并接收反射光来测量物体表面形状的技术。
其原理是利用结构光投影仪将光源照射到被测物体表面，然后通过相机将被照射到的光进行捕捉，最终通过计算将这些图像转换成3D模型。
结构光3D相机使用的光源一般是红色或绿色激光光源。
通过将光源照射到被测物体表面，形成一系列的光斑或光条，这些光斑或光条会根据物体表面的形状发生变化。
相机通过捕捉这些变化的图像，并结合计算机算法，可以计算出物体表面的3D点云数据和表面形状。
与传统的摄影技术不同，结构光3D相机可以在不同的光照条件下进行测量，并且可以捕捉到物体表面的微小细节。
然而，由于其使用的光源是激光光源，需要注意安全问题，以避免对人眼造成损伤。
结构光3D相机在工业设计、制造、机器人导航、医学、文化遗产保护等领域都有广泛的应用。
随着技术的不断改进和成本的降低，结构光3D相机的应用前景将越来越广阔。
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结构光三维成像技术
结构光三维成像技术结构光三维成像技术是一种通过使用投射光模式来测量目标物体表面形状和纹理的技术。
它是一种非接触式的三维成像技术，广泛应用于机器人、计算机视觉、虚拟现实、医疗等领域。
这种技术基于投射特殊编码的光斑或图案到目标表面上，并利用相机或传感器来捕捉光斑的形变或位移，从而计算出目标物体的三维形状。
1.光源投射：首先，一个结构光投影系统使用光源产生一种特殊的光模式，如光斑或编码图案。
这个光模式会在目标物体上投射一个特定的模式。
2.光斑形变：目标物体表面的形状和纹理会导致光斑在目标表面上发生形变或位移。
光斑的形变可以在目标物体表面上生成一系列有用的信息。
3.形变采集：使用相机或传感器来捕捉光斑在目标物体表面上的位置变化。
这个步骤通常涉及对相机或传感器进行准确、高速度的数据采集。
4.数据处理：采集到的数据将经过一系列的处理步骤，包括光斑匹配、三角测量和表面重建。
这些步骤将根据光斑的变化计算出目标物体的三维形状。
结构光三维成像技术有许多优势。
首先，它可以提供高精度和高分辨率的三维表面测量。
它可以测量复杂物体的形状、尺寸和纹理，包括不规则形状、弯曲表面和透明物体。
其次，它是一种非接触式的测量技术，可以在没有物理接触的情况下进行测量，减少了对目标物体的破坏。
此外，结构光三维成像技术还具有实时性和高速度的特点，可以快速捕获和处理大量的数据。
然而，结构光三维成像技术也存在一些挑战和限制。
例如，它对目标物体和环境的光线条件非常敏感。
光线的强度、方向和环境的照明条件都可能影响测量结果的准确性。
此外，目标物体的反射率和表面特性也可能对测量结果产生影响。
需要注意的是，在光斑形变的过程中，一些情况下会发生光斑遮挡或重叠，导致数据处理中的错误。
结构光三维成像技术在许多领域有广泛的应用。
在制造业中，它可用于产品设计和质量控制。
在医疗领域，它可以用于牙齿模型、面部重建和手术模拟。
在机器人和自动化领域，它可以用于导航、目标识别和物体抓取。
结构光原理
结构光原理结构光是一种利用结构光投影仪和相机进行三维重建的技术。
它通过投射编码光条或光斑到被测物体表面，然后利用相机捕捉被测物体表面的图像，通过图像处理算法，可以得到被测物体表面的三维坐标信息，从而实现三维重建。
结构光原理是一种非接触式的三维测量技术，具有测量速度快、精度高、适用范围广等优点，因此在工业制造、医学影像、文物保护等领域有着广泛的应用。
结构光原理的核心是光条或光斑的编码和解码。
在结构光投影仪中，通过使用特殊的光学元件，可以将光源发出的光束分成多个光条或光斑，并对其进行编码。
这些编码后的光条或光斑投射到被测物体表面后，形成一种特殊的图案。
被测物体表面的图案被相机捕捉后，通过图像处理算法可以将编码信息解码，从而得到被测物体表面的三维坐标信息。
在实际应用中，结构光原理需要考虑光源、投影仪、相机等硬件设备的配合，以及图像处理算法的设计和优化。
光源的选择和光斑的编码方式会直接影响到测量的精度和速度。
投影仪的性能和相机的分辨率也会对测量结果产生影响。
因此，在实际应用中需要综合考虑硬件设备和算法的配合，以及环境光、表面反射等因素对测量的影响，从而得到准确的三维重建结果。
除了在工业制造、医学影像、文物保护等领域的应用外，结构光原理还在虚拟现实、增强现实等领域有着广泛的应用。
通过结构光原理可以实现对人体、物体的三维重建，从而为虚拟现实、增强现实等应用提供了重要的数据支持。
结构光原理的发展也推动了三维重建、计算机视觉等领域的发展，为人们带来了更多的可能性。
总之，结构光原理是一种非接触式的三维测量技术，具有测量速度快、精度高、适用范围广等优点，广泛应用于工业制造、医学影像、文物保护、虚拟现实、增强现实等领域。
在实际应用中，需要综合考虑硬件设备和算法的配合，以及环境光、表面反射等因素对测量的影响，从而得到准确的三维重建结果。
结构光原理的发展也推动了三维重建、计算机视觉等领域的发展，为人们带来了更多的可能性。
结构光成像原理
结构光成像原理
结构光成像原理是一种常见的三维成像技术，它利用光的反射和折射原理，通过对物体表面进行投射光线，再通过相机对反射光进行捕捉和处理，最终得到物体的三维模型。
这种技术在工业、医疗、文化遗产保护等领域都有广泛的应用。
结构光成像原理的核心是光的投射和反射。
在成像过程中，首先需要将光源投射到物体表面上，形成一系列光条。
这些光条会在物体表面上产生反射和折射，形成一些亮度和颜色的变化。
这些变化会被相机捕捉到，并通过计算机算法进行处理，最终得到物体的三维模型。
在实际应用中，结构光成像技术通常需要使用一些特殊的设备，如激光器、相机、投影仪等。
其中，激光器用于产生光源，相机用于捕捉反射光，投影仪用于将光源投射到物体表面上。
这些设备需要精确地配合使用，才能得到高质量的三维模型。
结构光成像技术的应用非常广泛。
在工业领域，它可以用于制造业中的质量控制和产品设计。
在医疗领域，它可以用于制作人体模型，帮助医生进行手术规划和治疗。
在文化遗产保护领域，它可以用于数字化文物，保护和传承人类文化遗产。
结构光成像原理是一种非常重要的三维成像技术，它利用光的反射和折射原理，通过对物体表面进行投射光线，再通过相机对反射光
进行捕捉和处理，最终得到物体的三维模型。
它在工业、医疗、文化遗产保护等领域都有广泛的应用，是现代科技发展的重要组成部分。
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用衍射法产生的光条投射器
采用激光衍射法投影器原理：
为了改善投射器输出与相应的光带质量，采用激光衍射法。有 半导体激光器出射的光经准直透镜1后得到一椭圆形光斑，经过衍 射光栅G和柱面镜L发散后形成光带，光栅衍射方向和柱面镜的轴相 互垂直。L和G可互换，效果一样。衍射光栅的作用是让入射光束 衍射形成空间列项分布的衍射斑，柱面镜的作用是让这些光斑在 Y方向做适当的拉伸，然后交叠成线，形成光平面。
大多采用柯勒照明型式。 投影物镜：物方远心光路系统
照明系统：像方远心光路系统
2.2 投影物镜的结构形式
正、负、正三组投影结构形式
类似于倒置的摄影系统。普通摄影倒置使用时，均可用作为投影物镜系统，
如匹兹伐尔型物镜、天塞物镜、双高斯物镜等。
投影物镜的具体结构形式很多，其基本形式多属于三组（正、负、正）的物
柯勒照明示意图
柯勒照明原理： 柯勒镜把光源放大成像在聚光镜后组的前焦平面上，照明系统的孔径 光阑就位于该平面，聚光镜后组又把孔径光阑成像在无限远处，即与物镜
的入射光瞳重合。照明系统的视场光阑紧贴在柯勒镜后，被聚光镜成像在
物平面上。照明系统的孔径光阑确定了照明系统的孔径角，也决定了分辨 率和对比度，而柯勒镜后的视场光阑决定了被照明的物平面的大小。
聚光镜：
照明透镜，多个正透镜组成，具有较大的球差和色差。孔径角越大，垂 轴放大倍率越大，结构型式越复杂。照明系统提供的光想要全部进入投影物 镜，且有均匀的照明视场，照明系统与投影物镜必须有很好的衔接。 衔接条件：一是照明系统的拉赫不变量 J1 要大于投影物镜系统的拉赫不变量
J 2 ，二是保证两个系统的光瞳衔接和成像关系。
体
积：小得多
光
斑：高斯分布 光带不均匀
发散角：约 35 11 ，椭圆形分布
扩展方向：边缘下降快，
两种激光器的简单比较
LD线结构光投射器
LD线结构光投射器原理简述：
将LD发光面元放在柱面镜额焦点上，使其在 一个方向进行垂直，而在另一个方向让他自由发 散，即在空间形成光平面。与He-Ne形成的光平面 类似。其截面也称高斯分布，但在扩展方向靠近忠 言的一段光带还是较为令人满意的。
结构光光模式投射系统
讲解人： 时 间：2012.6.28
主要内容：
1. 激光投射系统 2. 光学投影系统
1. 激光投射系统
透 镜 点 线 多线
光模式结构示意图
半导体激光器
激光器
光模式
光学系统
He—Ne激光器
He—Ne激光器
光 线：平行性 光切面
半导体激光向发散
2. 光学投影系统
由照明系统和投影物镜组成，原理与幻灯机光学系统相似
2.1 照明系统
照度的大小：光源的发光强度、光源的尺寸、聚光系统的光学特性 分类： 结构形式：透射、反射、折反 照明方式：临界照明、柯勒照明
临界照明示意图
光源的像成在物平面上。临界照明的聚光镜的出射光瞳和像方视场分别 与物镜的入射光瞳和物方视场重合。一般物镜的入射光瞳在无限远，所 以聚光镜的可变光阑放在其前焦平面上。 光源表面亮度的不均匀性会影响物平面的照射效果。
方远心光路系统。上图中物镜前组1由若干透镜组成，为正组；物镜3多用单片或
者双胶合透镜组成，为负组；物镜组4是由若干透镜组成，为正组。3、4组合成 物镜后组，和前组适当组合，可以组成长工作距物镜结构。孔径光阑放在物镜前
组的像方焦点处，构成物方远心光路。