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TUhjnbcbe - 2023/3/8 18:26:00

三维成像技术经历了“点—三坐标/点激光”、“线—线激光”两个发展阶段后,目前已发展到编码结构光为代表的“面阵三维成像”技术阶段。说到结构光3D表面成像,这些技术离不开利用颜色或独特编码方案,并且在颜色图案照明下只要获取的对象图像就可以导出视野范围内的每一个点云的具体x、y、z坐标。

常见的结构光成像原理应用有彩虹3D相机颜色编码、条纹索引灰度图案条纹索引等等。下面,我来介绍一下这些有趣的成像原理:

彩虹3D相机(Rainbow3DCamera)

上图展示了Rainbow3D相机的基本概念。与必须从一对图像中提取相应特征以计算深度值的传统立体视觉不同,Rainbow3D相机将空间变化的波长照明投影到物体表面。彩虹光投影仪的固定几何形状确定光平面的投影角θ与特定光谱波长λ之间的一一对应关系,从而在每个表面点上提供易于识别的标志。已知基线B和已知视角α的情况下,可以通过使用直接三角测量原理来计算与每个单独像素对应的3D范围值,并且可以在相机的帧速率的单个快照中获得3D范围图像的全帧。

重复灰度图条纹索引

条纹索引对于实现鲁棒(robust)的3D表面重构是必要的,因为所观察到的条纹的顺序并不一定与条纹的排列顺序相同。这是由于三维表面成像系统中固有的视差,由于物体三维表面特征的遮挡,使得所获得的图像中缺少条纹。这就间接获得了物体表面特征的分布。

为了区分一根条纹和其他条纹,你可以为每条条纹添加一些独特的片段图案(上图),这样,当执行3D重建时,算法可以使用每条条纹的独特的片段图案来区分它们。但它只适用于具有光滑连续表面的三维物体,因为表面形状造成的图案失真并不严重,否则,由于模式的变形或物体表面的不连续,可能很难恢复独特的片段图案。

如果使用两个以上的强度等级,则可以通过排列条纹的强度等级,使得任何一组条纹(N个条纹的滑动窗口)在一段长度内具有独特的强度图案。例如,如果使用三个灰度级(黑色,灰色和白色),则可以将图案设计为(下图)。图案匹配过程开始于与投影强度图案获取的图像强度的相关性。一旦找到匹配,就会对子灰度级序列匹配执行进一步的搜索,例如WGB,GWB等三个字母的序列:BWGWBGWGBGWBGBWBGW

总结下来一句话:所谓结构光成像检测原理就是通过投射器投射到被测物体表面的主动结构信息,如激光条纹、格雷码、正弦条纹等;然后,通过单个或多个相机拍摄被测表面即得结构光图像;最后,基于三角测量原理经过图像三维解析计算从而实现零件表面的三维重建。所有结构光三维扫描的基本原理都是三角测量,也就是空间的两个相交的直线确定空间一点。所以要找出每一个点所在的两条直线,为了找出这俩东西,才把光搞成已知的图案。

好了,本期的分享到此结束了,正是这些不断发展的光学技术使得如今的测量方式越来越简便快捷,合理的利用技术,更好的达成目标,应该是我们测量人不断追求的目标

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