精确提取线结构光条纹中心方法
线结构光测量原理
线结构光测量原理线结构光测量原理是一种广泛应用于工业领域的光学测量技术，通过利用光学干涉原理和数字图像处理技术，实现对物体表面形貌和位移的高精度测量。
本文将从原理、应用和优势三个方面介绍线结构光测量技术。
我们来了解线结构光测量的原理。
线结构光测量是一种非接触式的三维测量技术，它通过投射一系列平行的光线或光点到被测物体表面，利用被测物体表面的形变来获取物体的三维形貌信息。
在测量过程中，通过相机捕捉被测物体表面的光条纹或光点图案，再通过数字图像处理技术提取出光条纹或光点的位置信息，从而实现对物体表面形貌和位移的测量。
线结构光测量技术在各个领域都有广泛的应用。
在工业制造领域，线结构光测量技术可以用于产品的三维检测和质量控制，例如汽车车身表面的测量、机械零件的尺寸检测等。
在医学领域，线结构光测量技术可以用于牙齿的三维扫描和数字化重建，有助于医生制定治疗方案。
在文物保护领域，线结构光测量技术可以用于文物的三维数字化保护和修复，为文物保护工作提供重要的技术支持。
线结构光测量技术具有许多优势。
首先，线结构光测量技术是一种非接触式的测量方法，可以避免对被测物体造成损伤，适用于对表面脆弱或易变形的物体进行测量。
其次，线结构光测量技术具有高精度和高速度的特点，可以实现对物体表面形貌和位移的快速准确测量。
此外，线结构光测量技术还具有较强的抗干扰能力，可以在复杂的环境下进行测量，具有较强的适应性和稳定性。
线结构光测量技术是一种应用广泛、效果显著的光学测量技术，具有许多优势和特点，适用于工业制造、医学、文物保护等各个领域。
随着科学技术的不断发展，线结构光测量技术将在未来发挥更加重要的作用，为各个领域的发展提供更多的技术支持和解决方案。
线结构光原理和基本技术及应用
《计算机视觉技术》作业线结构光技术结构光就是把一个具有一定样式的光（面状、网状或者其它复杂的形式）按照已知的角度照射到一个物体上。
这种技术对于图像采集并获取空间信息是十分有用的。
根据光学投射器所投射的光束模式的不同，结构光模式又可以分为点结构光模式、线结构光模式、多线结构光模式及网格结构光模式等。
1 线结构光定义线结构光模式又称为光带模式[1]。
如图1所示，激光器投射的光束通过一柱面镜在空间形成一窄的激光平面，当与物体的表面相交时便在物体表面产生一亮的光条。
该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，表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比例，不连续则显示出了物体表面间的物理间隙。
线结构光视觉的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。
实际上，线结构光模式也可以说是点结构光模式的扩展。
过摄像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，因而便形成了与点结构光模式中类似的众多的三角几何约束。
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。
图1 线结构光模式线结构光传感器主要由两部分组成，一为由半导体激光器柱面镜组成的面光发生系统，二为由平面镜与线阵CCD组成的成像装置。
传感器的基本原理为：激光器发射的激光经柱面镜转换后成为线光源，投射出的扇形面与被测物相交于一条直线经另一光轴上的CCD摄像系统成像并转换为电信号，送计算机系统进行分析处理得到所需的参数。
2 线结构光原理线结构光成像三维扫描法的光学模型采用的是小孔成像原理，成像系统必须满足Scheimpflug条件[2]才能准确地在像机光敏面上成像，该条件的推导如图2所示。
图2 Seheimpf1ug 条件的证明图2是由任意放置的激光漫反射带及CCD 相机所组成的几何光路示意图，a’是激光面在光轴上的物距，b 是其像距，透镜中心为O 。
正弦结构光 四步相移法
正弦结构光四步相移法
四步相移法是一种广泛应用于光学测量的高精度技术，通过采集四幅具有不同相位的正弦结构光条纹图像，结合相位差的计算，最终实现对相位信息的提取。
以下是该方法的详细步骤：
1. 准备正弦结构光条纹：首先，需要制备出正弦结构光条纹。
这可以通过使用特定的光学元件（如光栅、透镜等），或将激光束投射到具有周期性结构的物体表面来实现。
2. 采集四幅图像：将正弦结构光条纹移动特定的相位，每次相移增量为π/2，从而获得四幅不同相位的正弦结构光条纹图像。
具体而言，这四幅图像分别对应于0°、π/2、π、以及3π/2相位。
3. 计算条纹强度：对每幅图像中的条纹进行强度计算，通常采用灰度值或像素值来近似表示。
为了确保精度，可以在不同的曝光时间下拍摄多张照片，然后对结果进行平均，以减少噪声的影响。
4. 计算相位差：通过比较相邻两幅图像的条纹强度，可以计算出相应的相位差。
由于每次相移增量为π/2，所以相位差也应该是π/2的整数倍。
相位差的计算是四步相移法的核心步骤，需要采用精确的算法以确保结果的准确性。
5. 求解相位：通过将相位差累加或减小的方式，可以得到完整的相位分布。
需要注意的是，由于是通过反正切函数计算相
位信息，因此所得的相位值都是被截断在(-π,π]区间内的不连续相位。
为了得到连续的相位分布，需要进行相位展开。
四步相移法具有较高的精度和稳定性，因此在光学测量领域得到了广泛应用。
同时，该方法也可以用于其他需要提取相位信息的场合，如光学干涉、衍射等。
总之，四步相移法是一种实用、有效的相位测量方法，为光学领域提供了重要的技术支持。
利用到路面提取道路中心线的方法
利用到路面提取道路中心线的方法一种常用的方法是利用图像处理技术进行道路中心线的提取。
以下将详细介绍一个基于图像处理的道路中心线提取方法。
首先，我们需要将道路图像转换为灰度图像。
灰度图像只包括灰度级别的像素，而不包括颜色信息。
这样做的目的是为了简化图像处理过程。
接下来，我们可以应用边缘检测算法，如Canny边缘检测算法，来检测道路图像中的边缘。
Canny算法通过计算图像中像素之间的梯度来检测边缘。
这些边缘通常代表了道路的边界。
然后，我们可以使用霍夫变换来检测道路的直线段。
霍夫变换将图像空间中的点转换为Hough空间中的直线。
通过在Hough空间中寻找累加值最大的直线，我们可以检测到道路的直线段。
接下来，我们需要从检测到的直线段中提取出道路中心线。
这可以通过计算直线段的中点来实现。
直线段的中点可以通过端点的平均值来计算。
这样，我们就可以得到道路的中心线。
然而，由于实际道路可能是弯曲的，直线段方法可能无法提取出所有的道路中心线。
为了解决这个问题，我们可以使用曲线拟合算法来近似道路的中心线。
常用的曲线拟合算法有最小二乘法和贝塞尔曲线拟合算法。
这些算法通过拟合一条曲线来逼近道路的中心线。
最后，我们可以利用形态学操作来对提取出的道路中心线进行进一步的处理。
形态学操作可以根据道路的特点来对道路中心线进行细化或者消除不必要的噪点。
总结起来，图像处理方法可以较为有效地提取道路中心线。
通过灰度化、边缘检测、直线检测、曲线拟合和形态学操作等步骤，我们可以得到比较准确的道路中心线。
然而，由于不同道路的特点各不相同，所以在实际应用中，需要根据具体情况进行适当的调整和优化。
线结构光测量原理
线结构光测量原理引言线结构光测量原理是一种常用的三维形貌测量方法，它通过投射一条或多条结构光线，通过相机拍摄物体表面反射的结构光图案，并通过计算和分析得到物体表面的三维形状信息。
本文将深入探讨线结构光测量原理的工作原理、应用领域和关键技术。
一、工作原理线结构光测量原理主要包括以下几个步骤：1.投射结构光线：在测量前，需要选择适当的结构光源，例如激光器、LED灯等，将结构光线投射到待测物体表面。
通常，使用线型结构光可以提供更好的表面测量精度。
2.拍摄结构光图像：通过相机或其他成像设备拍摄物体表面反射的结构光图像。
为了获得清晰的图像，可以采取一些增强技术，如相机同步触发、滤波等。
3.图像分析与处理：对拍摄的结构光图像进行分析和处理，提取出图像中的结构光线位置信息，通常可以通过图像处理算法进行边缘检测、滤波、二值化等操作。
4.三维形状重建：根据结构光图像中的结构光线位置信息，可以计算出物体表面相对于结构光源的三维坐标，从而重建出物体的三维形状。
二、应用领域线结构光测量原理在许多领域都有广泛的应用，以下将介绍几个代表性的应用领域：1.工业制造：线结构光测量原理可以用于工业制造中的表面质量检测和尺寸测量。
例如，在汽车制造中，可以通过线结构光测量原理对车身表面进行检测，以确保表面平整度和外观质量符合要求。
2.产品设计：线结构光测量原理可以对产品的外形进行快速测量和分析，帮助设计师改进产品设计。
例如，在手机设计中，可以通过线结构光测量原理对手机外观进行测量，以优化产品的造型和人机交互体验。
3.文物保护：线结构光测量原理在文物保护中有重要应用。
通过对文物表面进行三维形状测量，可以帮助文物保护专家进行文物的修复和保护。
同时，线结构光测量也可以用于文物数字化展示，方便研究和教育。
4.医疗领域：线结构光测量原理可以用于医疗领域中的三维面部扫描和手术模拟。
例如，在整形外科中，可以通过线结构光测量原理对患者的面部进行测量，以指导整形手术的设计和模拟。
结构光方法测量过程主要包括两个步骤
结构光方法测量过程主要包括两个步骤:第一步:由激光投射器根据测量需要投射可控制的光点、光条或光面结构光到物体表面形成特征点，并调节CCD 摄像机与视频采集软件，拍摄关于特征点的图像。
第二步: 建立合理的坐标系。
然后由物体表面投射光图案的几何形态特征，通过滤噪，图像处理等步骤，提取得到特征点形成的像素坐标。
再通过模式识别判断物体表面形状，利用激光器和CCD 摄像机在空间中的位置等参数，利用三角法测量原理反求得原特征点的坐标。
在实际应用中，线结构光测量系统由于其快速、精确、稳定性好，而且结构简单，易于实现，相比点结构光提高了效率，又避免了面结构光方法的复杂性，因此在各个应用领域，如制造业、军事、医学上获得了更广泛的应用。
本项目中采用的也是线结构光系统，因此本论文的内容都围绕线结构光测量系统展开。
线结构光法比起点结构光法，测量得到的信息量大大增加，而其实现的系统复杂性并没有增加，因而得到了广泛应用。
该方法也是基于三角测量原理，所不同的是采用线光源代替点光源。
由激光器投射线激光作为光源，与物体表面相交时，在物体表面产生亮光条。
该光条由于物体表面形状的变化而受到调制，表现在图像中则是光条发生了偏移和断续，偏移的程度与形状有关。
通过这种关系，对CCD 拍摄到的图像进行处理，就可以求取物体的形状。
线结构光测量系统的研究现状目前，对线结构光测量系统的研究，主要集中在模式识别与标定方法的研究上。
这就需要对CCD 摄像机拍摄的图像进行处理，通过滤噪与二值化，光条中心提取等步骤提取出有用信息后，对信息进行分析，来判断出被测物体的形状与位置。
其中，对滤噪有各种线性与非线性滤波器方法；二值化处理要设计合适的阈值；对光条中心提取这一步有细化法、水平中值法、灰度重心法、阈值法等；对被测物体形状的识别，有基于Hough 变换的圆检测、线检测等方法；标定方法则有直接线性法标定、基于简单三角法的几何标定、基于多幅图像对应点变换的自标定方法、基于非数学的方法如人工神经网络法等。
基于方向模板的结构光条纹中心检测方法
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基于方向模板的结构光条纹中心检测方法
胡 斌 李德华 金 刚 胡汉平 （ 华中科技大学图像识别与人工智能研究所 图像信息处理与智能控制教育部重点实验室， 武汉 )*""+) ）
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摘 要 结构光条纹中心位置的准确检测是影响结构光系统精度的关键问题之一。 在利用结构光系统获取距离数据时，
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引言
光系统中确定结构光条纹中心位置与通常图像处理中的细化 不同， 细化要求的是保持拓扑结构。而从宽的光条纹中确定条 纹中心位置却要求准确性。 。 其基本思想是利用照
结构光法是获取距离数据最普通的方法之一， 这是一种既 利用图像又利用可控光源的测距技术
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明光源中的几何信息帮助提取景物中的几何信息。 结构光的光 源可以采用激光或者白光； 从结构光光源的几何形状上说有点 状、 条状、 网状等多种形状。由于该方法具有算法简单， 扫描速 度快， 测量精度高， 实用性强等优点， 在许多三维扫描系统中有 利 着广泛的应用。二维情形下典型的结构光系统如图 $ 所示， 用光平面照射在物体表面产生光条纹， 在拍摄的图像中检测出 这些条纹， 它们的形态和间断性， 构成了物体各可见表面与像 机之间的相对测度。 平移或旋转物体通过光平面或者让光平面 扫描物体， 就可以得到物体的三维形状。 保证结构光法的精度的关键在于能否在每一个采样位置 准确地确定图像中激光条纹的中心位置。 值得指出的是在结构
一种简单高精度的线结构光传感器标定方法
一种简单高精度的线结构光传感器标定方法
张然
【期刊名称】《安徽工业大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2024(41)3
【摘要】线结构光三维视觉测量是获取物体表面三维数据的主要方法之一,传统的线结构光标定结果完全依赖提取光条纹特征点的数量,实际操作中无法保证提取足够多的特征点来拟合平面。
针对这一问题,设计1种新的线结构光标定方法,将相机中心与结构光光条纹中心的任一特征点连成直线,不需求得光条纹中心线所有点的坐标,只需找到光条纹与棋盘格格边的交点;将其作为光条纹的特征点,控制特征点的数量,基于一次拟合特征点在像素坐标系下的直线方程,再联立直线方程与棋盘格平面方程,得到相机坐标系下的特征点坐标,依次求得3条及以上光条纹的中心坐标;利用多条不重合的直线拟合平面,采用二次拟合的方法提高标定精度。
通过实验室搭建的线结构光单目相机对本文方法进行标定实验,结果表明:特征点到光平面的平均距离为0.052 mm,该距离在标定误差范围内,本文方法可有效解决因特征点较少而导致标定误差大的问题。
【总页数】7页(P314-320)
【作者】张然
【作者单位】飞马智科信息技术股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TN249
【相关文献】
1.一种基于双目线结构光视觉系统的简单标定方法
2.一种简化的线结构光视觉传感器现场标定方法
3.一种新的高精度的线结构光传感器标定方法
4.一种新型线结构光传感器结构参数标定方法
5.一种基于平面标靶的线结构光视觉传感器标定方法
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高噪声背景下激光条纹亚像素中心的提取
高噪声背景下激光条纹亚像素中心的提取王利;陈念年;巫玲;张琪;康宇【摘要】针对线结构光三维形貌测量中大量噪声易干扰激光条纹中心提取准确度的问题,提出了一种条纹亚像素中心提取方法.分析条纹图像中的噪声,采用平均法和中值滤波预处理图像;利用迭代阈值分割及形态学方法,获取条纹目标,引入距离变换提取条纹的像素级中心;根据像素级中心、二值信息及光强灰度,结合曲线拟合及重心法精确提取条纹的亚像素中心.仿真分析和实验验证下,相邻行条纹中心列坐标最大偏差值像素小于2,平均偏差像素值约为0.3,与传统方法相比,2项指标值更小.实验结果表明,算法有效利用条纹灰度分布规律,可降低噪声对中心定位精度的影响,更逼近条纹真实中心位置,抗噪能力极强.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2016(037)002【总页数】6页(P321-326)【关键词】高噪声背景;亚像素中心;距离变换;曲线拟合;重心法【作者】王利;陈念年;巫玲;张琪;康宇【作者单位】西南科技大学计算机科学与技术学院,四川绵阳621010;西南科技大学计算机科学与技术学院,四川绵阳621010;西南科技大学计算机科学与技术学院,四川绵阳621010;西南科技大学计算机科学与技术学院,四川绵阳621010;西南科技大学计算机科学与技术学院,四川绵阳621010【正文语种】中文【中图分类】TN202;TP391基于三角原理的线结构光三维形貌测量方法，以其无损、快速、高精度等优点，被广泛运用于逆向工程、虚拟现实等领域。
激光线投射至被测物体表面，被表面形貌调制的变形光场经反射由CCD相机捕获，形成激光条纹图像。
为了防止条纹过饱和、避免对反射激光线缩束，在物体与CCD相机之间加入接收屏幕[1-2]，如图 1所示。
通过获取激光条纹图像中条纹的中心线，解调出条纹中的变形，可将二维信息转换为三维表面形貌。
然而，在CCD分辨率为4.65 μm/像素、放大倍率为10倍的三维测量系统中，条纹中心线偏移1 像素，则真实形貌高度约偏差32.88 μm。
中心线提取的方法
中心线提取的方法
中心线提取是一种重要的图像处理技术，它可以有效地对图像中的复杂形状进行描述和分析。
在中心线提取中，通常是从图像边缘开始，通过一系列的计算和处理，得到一个表示图像中心轴线的曲线。
这个曲线通常可以用来描述图像中物体的形状和结构，以及进行形态学分析和形状匹配等操作。
中心线提取的方法有很多种，其中比较常用的包括基于距离变换的方法、基于骨架化的方法、基于边缘追踪的方法等。
其中，基于距离变换的方法是最常用的一种，它通过计算像素点到最近边缘的距离，得到一个距离变换图像，然后根据这个距离变换图像，计算出中心线的位置。
基于骨架化的方法则是通过对二值化图像进行一系列的腐蚀和膨胀操作，得到一个表示图像骨架的图像，然后从这个骨架图像中提取中心线。
基于边缘追踪的方法则是从图像的边缘开始，按照一定的规则进行追踪，得到一个表示中心线的曲线。
不同的中心线提取方法各有优缺点，选择适合自己应用场景的方法是非常重要的。
同时，中心线提取也是一个比较复杂的问题，需要有一定的数学和计算机视觉基础才能进行有效的处理和分析。
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