结构光3D视觉原理
双向3d结构光技术原理
双向3d结构光技术原理
双向3D结构光技术是一种用来获取物体三维信息的技术。
它利用结构光原理，通过投射编码的光栅图案，捕捉物体表面的反射光，并通过图像处理算法将这些信息转化为精确的三维模型。
该技术利用投影仪将编码的光栅图案投射在待测物体表面上。
这些图案以特定
的频率和相位进行编码，以便在摄像机中捕捉到物体表面的反射图案。
摄像机捕捉到的反射图案与投射图案之间存在形变，这种形变可以通过计算机
图像处理算法来还原成精确的三维模型。
算法利用编码图案之间的相位差异，推导出物体表面的深度信息。
通过将多个角度和位置的图像组合起来，可以获得完整的三维模型。
双向3D结构光技术的优势在于其高精度和快速扫描速度。
由于采用了编码的
光栅图案，可以避免传统三维扫描技术中的误差问题。
同时，该技术可以在较短的时间内获取完整的三维模型，使其在工业制造、医学影像、虚拟现实等领域得到广泛应用。
值得注意的是，在使用双向3D结构光技术时，需要考虑环境光的影响，因为
环境光会干扰结构光图案的投射和反射。
因此，通常需要在实验室或者专门构建的环境中进行扫描。
总之，双向3D结构光技术是一种用于获取物体三维信息的先进技术。
通过结
构光原理、图像处理算法和多角度扫描等手段，可以获得高精度和快速的三维模型，为工业制造、医学影像和虚拟现实等领域提供了强大的支持。
结合线结构光立体视觉和条纹反射法的三维轮廓检测系统
结合线结构光立体视觉和条纹反射法的三维轮廓检测系统随着科学技术的不断发展，光学视觉技术在工业生产和自动化领域中的应用越来越广泛。
特别是在三维轮廓检测领域，结合线结构光立体视觉和条纹反射法成为了一种热门的解决方案。
本文将介绍这种三维轮廓检测系统的原理和应用，以及其在工业生产中的潜在影响。
一、线结构光立体视觉技术线结构光立体视觉技术是一种通过投射光线和摄像头捕获图像来获取物体表面三维轮廓的技术。
其原理是通过将光源投射成一条或多条光线在被测物体表面上形成一定的图案，然后利用摄像头捕捉这个图案。
通过分析图像中的光点的扭曲变形，可以计算出物体表面的三维轮廓数据。
线结构光立体视觉技术具有成本低、非接触、高分辨率等优点，因此在工业领域得到了广泛应用。
在汽车零部件的精密加工过程中，通过线结构光立体视觉技术可以实现对零件表面缺陷的快速检测和尺寸测量，大大提高了生产效率和质量控制的精度。
二、条纹反射法条纹反射法是一种通过投射一组光条到被测物体表面上，利用物体表面的反射图案来计算出物体表面的形状和轮廓的技术。
其原理是通过观察物体表面的反射条纹图案，分析条纹的形变和位移，从而确定物体表面的曲率和形状。
条纹反射法在工业产品检测、质量控制、医学成像等领域都有广泛的应用。
通过条纹反射法可以实现对复杂曲面物体的形状测量，提高了测量的精度和可靠性。
结合线结构光立体视觉和条纹反射法的三维轮廓检测系统，利用两种技术的优势互补，可以实现对物体表面形状的高精度检测和测量。
其工作原理是通过先利用线结构光立体视觉技术获取物体表面的初步轮廓数据，然后再利用条纹反射法对物体表面进行精细化的形状测量。
这种系统的优势在于可以克服单一技术的局限性，提高了三维轮廓检测的测量精度和可靠性。
由于这种系统可以实现高速、高精度、非接触的三维轮廓检测，在自动化生产线上具有广泛的应用前景。
四、应用前景结合线结构光立体视觉和条纹反射法的三维轮廓检测系统在工业生产中具有广阔的应用前景。
结构光路线及原理
结构光路线及原理一、引言随着科技的不断发展，三维（3D）成像技术在许多领域中的应用越来越广泛，如机器视觉、自动驾驶、医疗诊断等。
其中，结构光技术作为一种非接触式的三维成像技术，因其具有较高的精度和稳定性，受到了广泛关注。
本文将详细介绍结构光技术的路线及原理，帮助读者更好地理解这一技术。
二、结构光技术路线结构光技术主要包括以下几个步骤：光源发射、编码图案投射、图像采集、解码重建。
1. 光源发射：结构光系统中的光源通常为激光器或白光LED，用于发射具有一定波长的光。
光源的选择需要考虑其波长、功率、稳定性等因素。
2. 编码图案投射：光源发射的光经过特定的光学元件，如投影仪、液晶显示屏等，投射到被测物体上。
投射的图案通常是由一系列黑白相间的条纹或散斑点组成，这些图案被称为格雷码或相位编码图案。
3. 图像采集：当结构光照射到被测物体表面时，物体表面的几何形状和深度信息会改变反射光的强度和相位。
通过高精度的相机或其他图像采集设备，可以捕捉到反射光形成的图像。
4. 解码重建：通过对采集到的图像进行处理和解码，可以提取出被测物体的三维信息。
解码方法通常包括相位计算、匹配算法等。
三、结构光原理结构光技术的基本原理是利用光线的反射和折射特性，通过测量光线在物体表面的反射和折射情况，来获取物体的三维信息。
具体来说，结构光技术主要包括以下几个方面的原理：1. 反射原理：当光线照射到物体表面时，会发生反射。
反射光线的强度和相位受到物体表面的形状和深度的影响。
通过测量反射光线的强度和相位，可以获取物体的表面形状信息。
2. 折射原理：当光线从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射。
折射光线的方向和角度受到物体表面的形状和深度的影响。
通过测量折射光线的方向和角度，可以获取物体的深度信息。
3. 相位计算原理：结构光系统中的格雷码或相位编码图案具有特定的相位分布。
当光线照射到物体表面时，反射光线的相位会受到物体形状和深度的影响。
通过对比反射光线和投射光线的相位差异，可以计算出物体的形状和深度信息。
3D成像方法汇总（原理解析）---双目视觉、激光三角、结构光、ToF、光场、全息
3D成像方法汇总（原理解析）---双目视觉、激光三角、结构光、ToF、光场、全息3D成像方法汇总介绍：这里要介绍的是真正的3D成像，得到物体三维的图形，是立体的图像。
而不是利用人眼视觉差异的特点，错误感知到的假三维信息。
原理上分类：主要常用有：1、双目立体视觉法(Stereo Vision)2、激光三角法(Laser triangulation)3、结构光3D成像(Structured light 3D imaging)4、飞行时间法ToF（Time of flight）5、光场成像法（Light field of imaging）6、全息投影技术(Front-projected holographic display)7、补充：戳穿假全息上面原理之间可能会有交叉。
而激光雷达不是3D成像原理上的一个分类，而是一种具体方法。
激光雷达的3D成像原理有：三角测距法、飞行时间T oF法等。
激光雷达按照实现方式分类有：机械式、混合固态、基于光学相控阵固态、基于MEMS式混合固态、基于FLASH式固态等。
1、双目立体视觉法：就和人的两个眼睛一样，各种两个摄像头的手机大都会用这种方法来获得深度信息，从而得到三维图像。
但深度受到两个摄像头之间距离的限制。
视差图：双目立体视觉融合两只眼睛获得的图像并观察它们之间的差别，使我们可以获得明显的深度感，建立特征间的对应关系，将同一空间物理点在不同图像中的映像点对应起来，这个差别，我们称作视差(Disparity)图像。
对于视差的理解可以自己体验一下：将手指头放在离眼睛不同距离的位置，并轮换睁、闭左右眼，可以发现手指在不同距离的位置，视觉差也不同，且距离越近，视差越大。
提到视差图，就有深度图，深度图像也叫距离影像，是指将从图像采集器到场景中各点的距离（深度）值作为像素值的图像。
深度图与点云的区别，点云：当一束激光照射到物体表面时，所反射的激光会携带方位、距离等信息。
若将激光束按照某种轨迹进行扫描，便会边扫描边记录到反射的激光点信息，由于扫描极为精细，则能够得到大量的激光点，因而就可形成激光点云。
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。
基于双目线结构光的三维重建及其关键技术研究
基于双目线结构光的三维重建及其关键技术研究基于双目线结构光的三维重建是一种常见的三维重建方法，在计算机视觉和图像处理领域有广泛应用。
本文将探讨双目线结构光三维重建的基本原理和关键技术。
一、基本原理双目线结构光的三维重建基于以下原理：通过投射具有特定空间编码的光线，利用摄像机捕捉图像，并对图像进行处理和分析，可以推断出场景中物体的三维形状和深度信息。
二、关键技术1. 双目成像双目成像是双目线结构光重建的基础。
通过使用两个物理上分开的相机，可以获取场景的不同视角，从而获得更多的信息，提高重建的精度和稳定性。
2. 线结构光投影线结构光投影是双目线结构光重建的核心技术。
通过投射特定编码的结构光，可以在场景中形成一系列光条或光带，从而在摄像机中产生对应的图像。
这样，可以通过分析图像中结构光的失真或形状变化，来推断物体表面的深度信息。
3. 结构光编码结构光编码是双目线结构光重建的重要组成部分。
通过在结构光中引入编码，可以增加光条或光带的区分度，从而提高重建的精度。
常见的编码方法包括灰度编码、正弦编码、校正编码等。
4. 影像获取与处理双目线结构光重建需要获取并处理图像数据。
影像获取涉及到摄像机的标定、同步和触发等技术，以确保双目系统的准确性和稳定性。
影像处理包括去噪、校准、纹理映射等步骤，以提取出有效的结构光信息，并进行后续的三维重建处理。
5. 三维重建算法三维重建算法是双目线结构光重建的核心内容。
常见的算法包括三角测量、立体匹配、点云拼接等。
这些算法通过分析不同视角的结构光图像，通过匹配和计算来推断物体的三维形状和深度信息。
6. 点云处理与可视化三维重建通常最终呈现为点云模型。
点云处理涉及到点云滤波、配准、分割等技术，以去除噪声、合并重叠点云、提取物体表面等。
点云可视化则将点云数据以直观的形式呈现，便于人们观察和理解。
综上所述，基于双目线结构光的三维重建是一种常见的三维重建方法。
它利用投射特定编码的结构光，结合双目成像和影像处理技术，通过分析图像中的结构光信息，推断物体的三维形状和深度信息。
计算机视觉中的结构光三维重建技术
计算机视觉中的结构光三维重建技术，是一种基于光影变换的三维重建方法。
与传统的3D重建技术相比，结构光三维重建技术不仅可以重建高精度、高分辨率的三维模型，还可以快速地获取物体的形状、质感和颜色等属性信息，因此被广泛应用于机器人、计算机游戏、全息投影等领域。
一、结构光三维重建技术的基本原理结构光三维重建技术是一种基于特殊光源与物体表面的相互作用，通过记录光源与物体表面之间的光影变换来实现的。
这个过程分为三个步骤：1. 光源投射：结构光重建中光源的投射比较复杂，常用的方法有投影仪和激光扫描仪等。
投影仪通常使用投影的方式对物体表面进行照明，投映出不同的光场模式。
2. 物体反射：投射在物体表面上的光被反射，被反射的光会按照物体表面几何特征形成不同的光场模式。
3. 影像采集：通过比较物体表面反射光与未经过照射的背景光，便可以计算得出物体表面的形状、纹理和颜色等信息，从而实现三维模型的重建。
二、结构光三维重建技术的应用1. 3D扫描与模型重建：利用结构光三维重建技术可以快速地获取物体表面的几何和纹理信息，从而快速地创建高精度、高分辨率的三维模型。
2. 视觉导航与定位：通过结合机器学习和计算机视觉技术，可以将结构光三维重建技术应用于无人机、智能机器人等设备，实现室内、室外场景的自主导航和定位。
3. 虚拟现实与增强现实：结构光三维重建技术可以将现实场景转化为三维模型，从而为虚拟现实和增强现实技术提供支持。
三、结构光三维重建技术的优缺点1. 优点a. 准确性高：由于通过多次照射相同的物体表面，可以在不同条件下重复计算多次的反射光，从而得到更加准确的数据。
b. 适用范围广：不仅可以重建难以被机器视觉识别的物体，如黑色、玻璃等，还可以重建不规则、复杂的物体表面，如毛绒玩具、褶皱纹理等。
c. 处理速度快：传统的3D扫描技术需要耗费大量时间和人工进行后期处理和优化，而结构光涉及面积小，无需专业人员操作，成本低、效率高。
2. 缺点a. 精度受限：由于光线的折射、反射等因素的影响，结构光三维重建技术的精度还需要继续提高。
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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。
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。
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
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
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
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。
结构光3D视觉原理
图像处理、分析与机器视觉
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
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；
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；
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
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；
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
结构光三维视觉模型
1、解析几何模型（公式过多，省略）
2、透视投影模型
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：
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。
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。
投影 设备
被测 物体
读取 图像
图像 处理Βιβλιοθήκη 三维 重构结构光模式
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