结构光3D视觉原理
结构光3d成像原理
结构光3d成像原理
结构光3D成像原理是一种通过投射光栅图案以及对被测物体反射或透射的光进行计算，从而实现三维成像的技术。
其原理基于三角测量和相位计算，主要包括以下步骤：
1. 投射光栅图案：通过投射光栅图案，将光栅图案投射到被测物体上。
光栅图案可以是正弦波、条纹等等。
2. 感知光的反射或透射：被测物体上的光栅图案经过反射或透射后，被捕捉到相机中。
3. 生成相位图：通过对投射光栅图案和被反射或透射的光进行计算，得出相位图。
相位图可以反映出被测物体表面的高度信息。
4. 进行三角测量：通过三角测量的方法，根据相位图确定被测物体上各个点的三维坐标。
结构光3D成像技术可以应用于物体测量、机器人视觉导航、虚拟现实等领域。
在工业制造、医学诊断以及文化遗产保护等方面也有广泛的应用。
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3D成像原理探究
3D成像原理探究一、3D成像原理简介3D（Three-dimensional）成像技术是指通过其中一种方式，在平面上观察一个立体空间，使得观察者能够感知到该空间的深度和距离感。
在计算机图形学、医学成像、虚拟现实等领域中，3D成像技术被广泛应用。
下面将从物理、光学以及计算机技术角度分析3D成像的原理。
二、物理原理1.线性退化原理在真实的三维空间中，离观察者远近不同的物体在成像上表现出不同的大小和清晰度。
这是因为远离观察者的物体将产生线性透视退化，使得它们的像变小变模糊。
通过观察不同距离的物体在成像平面上的表现，可以使观察者感知到空间的深度。
2.视差原理视差是通过两个眼睛观察同一个目标产生的效果。
两个眼睛位于不同的位置，因此它们所看到的目标位置会有微小的偏移。
大脑通过这种偏移量计算出目标与眼睛之间的距离，从而产生了深度感知。
三、光学原理1.光学立体成像采用光学方法进行3D成像时，通常会采用不同的观察角度获取物体的多张图像，然后通过计算机算法进行处理，生成带有深度信息的图像。
这些图像可以使用特殊的3D眼镜或者3D显示设备观察，通过左右眼的分屏显示或者极化光的分离来实现观察者的深度感知。
2.雷达成像雷达成像是一种利用电磁波进行3D测量的技术。
雷达装置发射射频信号，当它们与物体相交时，部分信号将被反射回来。
通过分析反射信号的时延、幅度和波形，可以计算出目标物体与雷达的距离和形状等信息，从而实现3D成像。
四、计算机技术1.光线追踪光线追踪是计算机图形学中一种用于模拟光线与物体交互的技术。
通过跟踪光线在场景中的传播路径，可以计算出光线与物体表面的交点和相互作用，最终生成逼真的3D成像效果。
2.结构光成像结构光成像是一种将物体投射结构光，利用相机观测物体变形后的光斑位置变化，从而计算出物体的三维形状的方法。
该技术广泛应用于工业检测、虚拟现实、人机交互等领域。
3.体积绘制体积绘制是一种通过描述物体的体积信息进行3D成像的技术。
3dscanner原理
3dscanner原理
3D扫描仪是一种利用光学、激光、红外线等技术，通过对被扫描物体表面进行三维坐标的测量，生成三维模型的设备。
其主要原理是通过对物体进行扫描，使用三角测量原理测量物体的三维坐标信息，然后将其转化为计算机可以处理的数字信号，最终生成三维模型。
下面将详细介绍几种常见的3D扫描仪原理。
1. 结构光原理
结构光扫描仪利用光源投射的光斑照射被扫描物体，然后摄像机接收回来的反射光，通过对反射光的特征进行分析，实现对物体表面的三维坐标的测量。
光源可以是激光、LED等。
相机和光源之间的相对位置和光源发射的光斑激光中心位置之间的位置关系是决定扫描精度的重要因素之一。
2. 相位测量原理
相位测量扫描仪利用光源发出的强度和相位不同的两束光线分别照射被扫描物体，然后摄像机接收反射光，通过对这两束光线的相位差进行分析，实现对物体表面的三维坐标的测量。
因此，相位测量具有高测量精度和高抗干扰能力的优势。
3. 时间编码原理
时间编码扫描仪也是利用光线照射被扫描物体，通过对反射光的时间差进行分析，实现对物体表面的三维坐标的测量。
时间编码扫描仪的优势在于快速扫描，可以在短时间内获取大量数据点，适用于量产和实时检测等场景。
4. 红外线原理
红外线扫描仪通过红外线的照射，对被扫描物体表面进行测量，实现对物体的三维坐标的测量。
红外线扫描仪通常具有高速度和高分辨率的优势，在工业生产领域得到广泛应用。
总体来看，不同的3D扫描仪原理各有优缺点，用户可以根据需求选择适合自己的扫描仪。
未来，3D扫描仪的应用将越来越广泛，例如医疗、建筑、艺术、教育等领域，可以为这些领域带来更多的可能性和创新。
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
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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。
3d 扫描仪原理
3d 扫描仪原理3D扫描仪原理引言：随着科技的不断发展，3D扫描技术逐渐成为了工业设计、文化遗产保护、医疗等领域中不可或缺的工具。
而3D扫描仪作为3D扫描技术的核心设备，其原理和工作机制备受关注。
本文将介绍3D扫描仪的原理及其应用。
一、3D扫描仪的原理1. 结构光原理结构光原理是3D扫描仪最常用的原理之一。
它通过发射一束光线，照射到被扫描对象上，并记录光线在物体表面发生的变形。
通过对光线变形的分析，可以获取物体表面的形状和纹理信息。
这种原理的优点是扫描速度快，适用于对物体表面进行快速、大面积的扫描。
2. 激光扫描原理激光扫描原理是3D扫描仪最常用的原理之一。
它通过发射一束激光束，照射到被扫描对象上，并记录激光束在物体表面反射的时间和强度。
通过计算激光束的反射时间和强度，可以确定物体表面的形状和纹理信息。
这种原理的优点是扫描精度高，适用于对物体进行精细的扫描。
3. 相移原理相移原理是3D扫描仪中常用的原理之一。
它通过在物体表面投射一系列编码光，记录光线的相位变化，并通过解析相位变化来获取物体表面的形状信息。
相比于其他原理，相移原理具有扫描精度高、抗干扰能力强的优点，适用于对复杂物体进行精确的扫描。
二、3D扫描仪的工作流程1. 准备工作在进行3D扫描之前，需要先准备好扫描仪和被扫描对象。
扫描仪通常由光源、相机、控制系统和计算机组成，而被扫描对象可以是实体物体、人体等。
2. 扫描操作根据选择的原理，将扫描仪设置为相应的模式，并将其对准被扫描对象。
然后，启动扫描仪，开始对被扫描对象进行扫描。
在扫描过程中，扫描仪会记录光线或激光在物体表面的反射信息，并将其转化为数字信号。
3. 数据处理扫描仪将采集到的数据传输到计算机中进行处理。
在计算机中，通过对采集到的数据进行滤波、配准、重建等处理，可以得到物体的三维模型。
同时，还可以对三维模型进行后期处理，如去噪、填补缺失等。
4. 结果输出处理完成后，可以将得到的三维模型输出为常见的文件格式，如STL、OBJ等。
结构光3D视觉原理PPT课件
1、点结构光模式
如图所示，激光器发出的光束投射到物体上产生一个光点，光点经摄像机 的镜头成像在摄像机的像平面上，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，并由其可以唯一确定光点在某一已知世 界坐标系中的空间位置。
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结构光三维视觉模型
1、解析几何模型（公式过多，省略）
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2、透视投影模型
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摄像机坐标系与模块坐标系的空间位置关系可用下式表示：
但上式不能够由摄像机二维像点坐标（X,Y）得到唯一对
应的三维物点坐标
，还需要增加一个方程的约
束才能消除这种多义性，为此，设结构光光平面在模块坐
标系（注：其建立是任意的）下的方程为：
实际上，线结构光模式也可以说是点结构模式的扩展。过相机光心 的视线束在空间中与激光平面相交产生很多交点，在物体表面处的交点 则是光条上众多的光点，因而便形成了点结构光模式中类似的众多的三 角几何约束。很明显，与点结构光模式相比较，线结构光模式的测量信 息量大大增加，而其实现的复杂性并没有增加，因而得到广泛应用。
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5、相位法
近年来基于相位的光栅投影三维轮廓测童技术有了很大的发展，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，这种变形 条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，最后根据三角法原理计算出高 度，这类方法又称为相位法。基于相位测量的三维轮廓测量技术的理论依据 也是光学三角法，但与光学三角法的轮廓术有所不同，它不直接去寻找和判 断由于物体高度变动后的像点，而是通过相位测量间接地实现，由于相位信 息的参与，使得这类方法与单纯光学三角法有很大区别。
TOF和3D结构光,谁将更胜一筹？
TOF和3D结构光，谁将更胜一筹？随着3D传感市场规模的发展，“3D人脸识别”已经越来越普及，无论是手机刷脸解锁支付，还是家庭政务安防系统等场景，“3D人脸识别”在我们生活中几乎是无不不在。
在3D传感技术中主流的两种解决方案：TOF和3D结构光，最近几年频繁出现人们的视野中，其落地及应用更是备受大量关注。
1、TOF与3D结构光技术原理TOF全称为Time of Flight，采用的是飞行时间测距法，其技术原理是给目标连续发送光脉冲，光线遇到物体后会发生反射，然后用传感器接收从物体反射回来的光，俗称“面光源”，通过这一原理来获取光源与物体的距离，从而得到物体的3D图像。
3D结构光全称为Structured light，与TOF技术不同，其技术原理是用激光投射器投射特定的光信息到物体，并且生成散斑图案，由摄像头进行采集。
根据物体造成的光信号的变化，经过对比处理，来计算和获取物体的位置和深度等纹理信息，进而复原整个三维空间。
2、TOF与3D结构光的优劣势区别TOF和3D结构光因为在技术原理上的不同也造就了两者技术应用的优劣势，这两种技术解决方案对比如下：TOF抗干扰能力较好，其受到物体表面灰度、特征和环境光的影响较小，实时性强，算法也简单，是未来的重要方向。
但TOF需要计算物体与光源来回的距离，比较适用于测量远距离。
而且由于TOF所发射的是“面光源”，需要全面照射，因此功耗相对较高。
例如根据其优势应用，一些智能手机在后置摄像头上开始搭载了TOF，使得智能手机在3D成像和游戏体验上更加具有多样化、趣味性。
3D结构光需要靠被测物的散斑图案来计算，主要依赖算法和软件，在功耗上也相对较低，适合测量近距离的物体，可达到1mm的识别精度。
根据其优势，目前3D结构光技术被广泛应用于刷脸解锁与支付等方面，例如OPPO Find X搭载的是奥比中光提供的FaceKey 3D结构光技术，此技术可投射达到15000个识别点，还可实现支付级别的安全认证，OPPO Find X不仅让用户第一次在安卓手机上体验到3D传感技术的应用，还是第一款能够支持人脸支付的全面屏安卓手机。
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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结构光三维视觉模型
1、解析几何模型（公式过多，省略）
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2、透视投影模型
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摄像机坐标系与模块坐标系的空间位置关系可用下式表示：
但上式不能够由摄像机二维像点坐标（X,Y）得到唯一对 应的三维物点坐标 (xL, yL, zL) ，还需要增加一个方程的约 束才能消除这种多义性，为此，设结构光光平面在模块坐 标系（注：其建立是任意的）下的方程为：
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点之间的对应关系，需要对投射的图案进行编码，因而这类方法又称为编 码结构光测量法。图案编码分为空域编码和时域编码。空域编码方法只需 要一次投射就可获得物体深度图，适合于动态测量，但是目前分辨率和处 理速度还无法满足实时三维测量要求，而且对译码要求很高。时域编码需 要将多个不同的投射编码图案组合起来解码，这样比较容易实现解码。主 要的编码方法有二进制编码、二维网格图案编码、随机图案编码、彩色编 码、灰度编码、邻域编码、相位编码以及混合编码
结构光3D视觉原理
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图像处理、分析与机器视觉
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三维视觉技术分类 结构光三维视觉系统和原理 结构光模式 结构光三维视觉模型
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三维视觉技术分类
三维视觉技术主要包括双目立体视觉和结构光三维 视觉，还有其他的三维视觉技术，如由明暗恢复性状、 由纹理恢复形状、激光测距、莫尔阴影与散焦测距；
需要通过逐点扫描物体进行测量， 图像摄取和图像处理需要的时间 随着被测物体的增大而急剧增加
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2、线结构光模式
线结构光模式是向物体投射一条光束，光条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， 畸变的程度与深度成正比，不连续则显示出了物体表面的物理间隙。任务 就是从畸变的光条图像信息中获取物体表面的三维信息；
按照景物的照明条件，三维视觉技术可分为被动和 主动两大类，前者中景物的照明是由物体周围的光照条 件来提供，而后者则使用一个专门的光源装置来提供目 标物体周围的照明；
按照这种分类，前面介绍的双目立体视觉是被动 方式，而结构光三维视觉则是主动方式。
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结构光三维视觉系统和原理
结构光测量系统主要由结构光投射装置、摄像机、图 像采集及处理系统组成。
实际上，线结构光模式也可以说是点结构模式的扩展。过相机光心 的视线束在空间中与激光平面相交产生很多交点，在物体表面处的交点 则是光条上众多的光点，因而便形成了点结构光模式中类似的众多的三 角几何约束。很明显，与点结构光模式相比较，线结构光模式的测量信 息量大大增加，而其实现的复杂性并没有增加，因而得到广泛应用。
很明显，与点结构光模式相比较，线结构光 模式的测量信息量大大增加，复杂性没有增 加因而得到广泛应用
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3、多线结构光模式
多线结构光模式是光带模式的扩展。如图，由光学投射器向物体表面投射 了多条光条，其目的的一方面是为了在一幅图像中可以处理多条光条，提 高图像的处理效率，另一方面是为了实现物体表面的多光条覆盖从而增加 测量的信息量，以获得物体表面更大范围的深度信息。也就是所谓的“光 栅结构模式”，多光条可以采用投影仪投影产生一光栅图样，也可以利用 激光扫描器来实现。
较之光带模式，多线结构光模式的效率和 范围增加，但同时引入了标定复杂性的增 加和光条识别问题
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4、面结构光模式
当采用面结构光时，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三维轮廓测量，测量速度很快，光面结构光中最 常用的方法是投影光栅条纹到物体表面。
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
投影 设备
被测 物体
读取 图像
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图像 处理
三维 重构
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结构光模式
根据光学投射器所投射的光束模式的不同，结构光模式 又可分为点结构光模式、线结构光模式、多线结构光模式、 面结构光模式、相位法等
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1、点结构光模式
如图所示，激光器发出的光束投射到物体上产生一个光点，光点经摄像机 的镜头成像在摄像机的像平面上，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，并由其可以唯一确定光点在某一已知世 界坐标系中的空间位置。
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5、相位法
近年来基于相位的光栅投影三维轮廓测童技术有了很大的发展，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，这种变形 条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，最后根据三角法原理计算出高 度，这类方法又称为相位法。基于相位测量的三维轮廓测量技术的理论依据 也是光学三角法，但与光学三角法的轮廓术有所不同，它不直接去寻找和判 断由于物体高度变动后的像点，而是通过相位测量间接地实现，由于相位信 息的参与，使得这类方法与单纯光学三角法有很大区别。