结构光3D扫描原理必看
3d扫描仪原理
3d扫描仪原理
3D扫描仪是一种用于获取物体表面形状和几何结构的设备。
它通过使用光学或机械传感器，捕捉物体在三维空间中的几何信息，并将其转换为数字化的3D模型。
在使用光学传感器的3D扫描仪中，常用的原理是结构光原理。
这种原理利用光的三角测量原理来测量物体的几何位置。
通过将物体投射成光线或光栅，然后使用相机或传感器来捕捉光线或光栅的变形，就可以计算出物体的几何信息。
这种原理适用于近距离测量，对精确度要求较高的应用。
另一种常见的原理是时间飞行（Time-of-Flight，ToF）原理。
这种原理是利用传感器发送脉冲光束，并测量光束从传感器发送到物体上反射并返回的时间。
根据光的速度以及测量的时间，可以计算出物体与传感器之间的距离。
这种原理适用于中距离到远距离测量，并且在室外环境中的应用效果较好。
当使用机械传感器的3D扫描仪时，常用的原理是测距探头原理。
这种原理通过机械传感器进行物体表面接触，并测量机械臂或探头的移动距离，从而获取物体的几何信息。
这种原理适用于复杂形状或无法通过光学方法进行测量的物体。
无论使用何种原理，3D扫描仪都需要将收集到的物体数据进
行处理和计算，生成对应的三维模型。
这些模型可以在计算机中进行可视化、编辑和分析，为设计、制造、文化遗产保护等领域提供有价值的信息。
线结构光三维测量原理
线结构光三维测量原理线结构光三维测量是一种常用的三维形貌获取技术，通过投射一束具有特定结构的光线，利用物体表面对光线的反射或者散射来获取物体表面的三维形状信息。
这种技术广泛应用于工业制造、医学影像、文物保护等领域，在提高生产效率、保护文物、医学诊断等方面发挥着重要作用。
线结构光三维测量的原理是利用光学投影原理，通过投射一束特定结构的光线（如条纹、格网等），使得物体表面在不同位置产生不同的反射或散射效果。
通过相机捕获物体表面的反射或散射图像，并通过图像处理算法进行分析，从而得到物体表面的三维形状信息。
在进行线结构光三维测量时，首先需要确定光源、相机和物体之间的相对位置关系，确保光线能够正确照射到物体表面并被相机捕获到。
然后，通过控制光源的投射角度和结构，使得物体表面产生清晰的反射或散射效果，以便后续的图像处理分析。
在图像处理方面，通常会采用相位解析技术来获取物体表面的高度信息。
通过对捕获到的图像进行相位差分分析，可以得到物体表面在不同位置的相位信息，进而计算出物体表面的三维坐标信息。
这种相位解析技术能够实现高精度的三维形貌测量，广泛应用于工业制造领域。
除了相位解析技术外，还有基于深度学习的图像处理算法在线结构光三维测量中得到了广泛应用。
通过训练神经网络模型，可以实现对复杂物体表面的三维形状信息的准确提取，进一步提高了测量的精度和效率。
总的来说，线结构光三维测量是一种基于光学原理和图像处理技术的高效三维形貌获取方法。
它在工业制造、医学影像、文物保护等领域发挥着重要作用，为相关领域的发展提供了有力支持。
随着图像处理技术的不断发展和创新，线结构光三维测量技术将会更加普及和应用，为人类社会的发展带来更多的便利和进步。
结构光3D扫描原理课件PPT-经典必看
3D Model Acquisition Pipeline
3D Scanner
View Planning
Alignment
Done?
Merging
Display
Real-Time 3D Model Acquisition
Next Class
• Polyhedral Objects and Line Drawing • Reading Notes
Laser
Camera
• Depth from ray-plane triangulation:
– Intersect camera ray with light plane
x x' z / f y y'z / f
z Df Ax'By'Cf
Example: Laser scanner
Structured Light Triangulation
I
J
Correspondence becomes easier!
Structured Light
• Any spatio-temporal pattern of light projected on a surface (or volume). • Cleverly illuminate the scene to extract scene properties (eg., 3D). • Avoids problems of 3D estimation in scenes with complex texture/BRDFs. • Very popular in vision and successful in industrial applications (parts
结构光3d成像原理
结构光3d成像原理
结构光3d成像技术是一种利用光学三角测量原理进行测量和重建物体三维形态的方法。
它通过发送一束结构化光(如条纹、格子等)到被测物体表面，然后捕捉返回的光线信息，利用计算机对数据进行处理，最终生成物体的三维模型。
结构光3d成像原理基于光学三角测量原理，即利用视差原理计算物体表面上各个点的三维坐标。
在结构光3d成像系统中，首先需要将被测物体置于一个光照条件较好的环境里，并且保持相机和投影仪之间的几何关系不变。
然后，投影仪发出一束结构化光，在物体表面形成一个光栅。
相机拍摄物体表面上的光栅图案，将图像传输到计算机中进行处理和分析。
在处理过程中，需要进行相位解码和相位匹配，以计算出每一个像素的深度信息。
相位解码是指将光栅图案的相位信息转换为深度信息的过程，而相位匹配则是通过对比不同光栅图案之间的相位差异，计算出物体表面上每一个像素的深度值。
最终，通过对所有像素的深度值进行三维重建，生成物体的三维模型。
结构光3d成像技术具有高精度、高速度、无接触等优点，被广泛应用于工业制造、医学影像、文化遗产保护、虚拟现实等领域。
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结构光3D视觉原理
抗干扰能力
总结词
在实际应用中，结构光3D视觉技术常常面临各种干扰 因素，如光照变化、物体表面反光、遮挡等。提高结 构光3D视觉的抗干扰能力是实现稳定测量的关键。
详细描述
为了提高结构光3D视觉的抗干扰能力，可以采用多种 方法。首先，选择合适的光源和投射模式，以适应不 同的光照条件和物体表面特性。其次，采用图像处理 技术，如滤波、对比度增强等，以提高图像质量。此 外，优化算法以减小干扰因素的影响，如采用稳健的 三维重建算法、引入鲁棒性统计方法等。同时，采用 多视角、多模态融合等技术也可以提高抗干扰能力。
结构光具有高精度、高分辨率、高鲁棒性等优点，能够适应不同的环境光照条 件和物体表面特性，广泛应用于机器人视觉、增强现实、自动驾驶等领域。
结构光编码方式
莫尔条纹编码
利用周期性的条纹图案进行编码，当条纹投射到物体表面时 ，会形成相应的莫尔条纹效应，通过捕捉莫尔条纹的变化可 以计算出物体的深度信息。
散斑编码
03
结构光3D视觉系统构成
结构光光源
结构光光源是结构光3D视觉系统中的重要组成部分，它负责向目标物体投射已知的光模式， 如条纹、格子等。
结构光光源通常采用激光器或发光二极管（LED）作为光源，因为它们能够产生高亮度和高 对比度的光线，有利于在各种环境下进行3D测量。
结构光光源的投射方式可以是前向投射或后向投射，具体选择哪种方式取决于应用场景和测 量需求。
相机通常采用高分辨率和高敏感度的传感器，以便在各种光照条件下都能获得清晰 的图像。
相机的视角和焦距也会影响到测量精度和测量范围，因此需要根据实际应用需求进 行选择和调整。
计算机
计算机是结构光3D视觉系统中的 大脑，它负责处理图像数据并进
行3D重建。
简述3D扫描仪的原理及应用
简述3D扫描仪的原理及应用1. 3D扫描仪的原理3D扫描仪是一种将现实世界中的物体转化为数字模型的设备。
它使用多种不同的原理和技术来实现对物体的快速、精确的三维扫描。
1.1 结构光原理结构光原理是3D扫描仪中最常见的工作原理之一。
它通过将物体表面投影光栅或者条纹图案，并使用相机记录下物体表面的形态变化来获取三维信息。
常见的结构光3D扫描仪包括激光三角法和时间编码光栅（TOF）扫描仪。
1.2 相位测量原理相位测量原理是另一种常见的3D扫描仪原理。
该原理利用相机观察物体上的纹理或标记，并测量出物体表面的相位变化来计算出三维信息。
这种方法适用于需要高精度的测量，例如工业检测和制造领域。
1.3 光斑投影原理光斑投影原理是基于衍射效应的3D扫描仪原理。
它使用空间光调制器（SLM）或者光照片刻蚀技术将光斑投影到物体表面，并通过相机记录下物体表面的光强度变化来实现三维测量。
2. 3D扫描仪的应用2.1 工业制造在工业制造领域，3D扫描仪被广泛应用于零件检测、质量控制和逆向工程。
它可以快速、精确地获取物体的三维数据，并与计算机辅助设计（CAD）软件相结合，实现快速原型制作和零件重建。
2.2 文物保护与数字化3D扫描仪在文物保护与数字化领域也扮演着重要的角色。
通过对文物进行扫描和建模，可以实现文物的数字档案保存、修复、复制和展示。
这对于文物的保护、传承和学术研究具有重要意义。
2.3 医学领域在医学领域，3D扫描仪广泛应用于口腔正畸、整形外科和人体解剖学等方面。
通过扫描患者的体表或者器官，可以制作出精确的三维模型，为医生的诊断和手术提供重要参考依据。
2.4 艺术与创意3D扫描技术在艺术与创意领域也发挥着重要作用。
艺术家可以利用3D扫描仪捕捉真实世界中的物体，并将其转化为数字模型进行艺术创作。
这为艺术创作者带来了更多的创作可能性和灵感。
3. 总结3D扫描仪以其快速、精确的三维扫描技术，在多个领域得到了广泛应用。
它的原理主要包括结构光、相位测量和光斑投影等。
3d扫描技术原理
3d扫描技术原理
3D扫描技术是一种现代化的数字化制造技术，它可以将三维物体扫描成数字模型，用于制造、设计、建模、渲染等领域。
下面，我们将探
讨3D扫描技术的原理。
1. 光学原理
3D扫描技术的原理可以使用不同种类的光学技术，例如结构光、相位移动和时间飞行。
其中，结构光是最常见和最简单的光学原理之一。
它利用光线和光投射的模式来测量物体的表面点。
这是通过扫描光通
过物体时反射或散射光的模式来完成的。
由于每个表面点都会反射或
散射光线，因此可以通过扫描整个表面来创建整个数字模型。
2. 声学原理
超声波扫描是一种使用声波设备来扫描物体表面的3D扫描技术原理。
与光学扫描不同的是，超声波扫描可以测量物体深度和其他物理属性，例如声阻抗和声速。
它在制造、材料检测和医学成像等各种领域都有
广泛的应用。
3. 红外线扫描
红外线3D扫描是一种使用红外线传感器扫描三维物体表面的技术，它有两个主要的应用：一是在建筑、工业设计和科学实验中进行表面测
量和热成像；二是在医学成像中进行血管成像和淋巴成像。
总的来说，3D扫描技术原理的应用非常广泛，具有准确性高、速度快、数据量大等优点，因此它在建筑、医学、制造业等众多领域都有广泛
的应用前景。
3d扫描仪的原理及应用论文
3D扫描仪的原理及应用论文1. 引言3D扫描技术是一种用于获取物体表面形状和几何信息的先进技术。
它通过将物体从不同角度进行扫描，并利用计算机图像处理技术将这些扫描数据转化为三维模型，可以广泛应用于工业设计、建筑设计、文化遗产保护等领域。
本文将介绍3D扫描仪的原理，并讨论其在不同应用领域中的具体应用。
2. 3D扫描仪的原理3D扫描仪主要通过利用光学、激光或光电等原理获取物体的三维信息。
以下为常见的几种3D扫描仪的工作原理：2.1 结构光扫描仪结构光扫描仪采用光斑产生器产生光线组成的结构光投射到物体表面，再通过相机捕捉物体表面所反射出的结构光。
通过分析结构光在物体表面的形变，可以反推出物体的形状和几何信息。
2.2 激光扫描仪激光扫描仪通过发射激光束到物体表面，并利用接收器接收被物体表面反射回来的激光束。
通过测量激光束的时间差和角度差，可以计算出物体表面点的三维坐标信息，从而重构出整个物体的三维模型。
2.3 相位测量扫描仪相位测量扫描仪利用光的相位差来测量物体表面的高程信息。
它通过将物体表面的光场与参考光场进行干涉，然后通过相位解调技术得到物体表面的形状信息。
2.4 TOF（时间飞行）扫描仪TOF扫描仪通过测量从扫描仪发射激光到激光返回的时间差来计算出物体表面的距离信息。
通过对激光在空气中的传播速度进行精确测量，可以得到物体表面点的三维坐标。
3. 3D扫描仪的应用3D扫描仪在多个领域都有广泛的应用。
以下列举了一些常见的应用领域：3.1 工业设计在工业设计领域，3D扫描仪可以快速获取产品原型的形状和几何信息，帮助设计人员进行产品设计和改进。
它可以提高产品设计的效率和准确性，减少试错成本和时间。
3.2 建筑设计在建筑设计领域，3D扫描仪可以用来扫描现有建筑物或建筑遗迹，获取其准确的三维模型。
这些模型可以用于建筑重建、遗产保护和建筑设计等方面。
3.3 文化遗产保护3D扫描仪可以用于文化遗产保护，帮助保存和恢复古建筑、文物和艺术品等宝贵文化遗产的形状和结构信息。
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• Binary coded light striping • Gray/color coded light striping
Binary Coding
Faster:
2n 1 stripes in n images.
Example:
3 binary-encoded patterns which allows the measuring surface to be divided in 8 subregions
Structured Light Triangulation
I
J
Correspondence becomes easier!
Structured Light
• Any spatio-temporal pattern of light projected on a surface (or volume). • Cleverly illuminate the scene to extract scene properties (eg., 3D). • Avoids problems of 3D estimation in scenes with complex texture/BRDFs. • Very popular in vision and successful in industrial applications (parts
• Reading:
– Marc Levoy’s webpages (Stanford) – Katsu Ikeuchi’s webpages (U Tokyo) – Peter Allen’s webpages (Columbia)
Stereo Triangulation
I
J
Correspondence is hard!
assembly, inspection, etc).
Light Stripe Scanning – Single Stripe
Light plane
Source
Camera
Surface
• Optical triangulation
– Project a single stripe of laser light – Scan it across the surface of the object – This is a very precise version of structured light scanning – Good for high resolution 3D, but needs many images and takes time
Pattern 3 Pattern 2
Pattern 1
Projected over time
Binary Coding
• Assign each stripe a unique illumination code over time [Posdamer 82]
Time
Space
Binary Coding
Computer Vision
Spring 2006 15-385,-685 Instructor: S. Narasimhan
Wean 5403 T-R 3:00pm – 4:20pm
Lecture #17
Structured Light + Range Imaging Lecture #17
(Thanks to Slides from Levoy, Rusinkiewicz, Bouguet, Perona)
3D Scanning
Structured Light Reconstruction
• Avoid problems due to correspondence • Avoid problems due to surface appearance • Much more accurate • Very popular in industrial settings
Laser
Camera
• Depth from ray-plane triangulation:
– Intersect camera ray with light plane
x x' z / f y y' z / f
z Df Ax ' By 'Cf
Example: Laser scanner
Example: 7 binary patterns
proposed by Posdamer &
Altschuler
…
Pattern 3
Pattern 2
Pattern 1
Codeword of this píxel: 1010010 identifies the corresponding pattern stripe
Portable 3D laser scanner (this one by Minolta)
Faster Acquisition?
• Project multiple stripes simultaneously • Correspondence problem: which stripe is which?
Projected over time
More complex patterns
Triangulation
Object
Light Plane
Ax By Cz ect laser stripe onto object
Triangulation
Object
Image Point
(x', y')
Light Plane
Ax By Cz D 0
+ very accurate < 0.01 mm − more than 10sec per scan
Cyberware® face and head scanner
Example: Laser scanner
Digital Michelangelo Project
/projects/mich/