机器视觉算法与应用：2.5 三维图像采集设备

我会带着你远行 2023-02-14 15:43 90阅读 0赞

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# 2.5 三维图像采集设备 #

**三维重构基于两种基本原理**：三角测量法和飞行时间测量法。  
**三角测量法定理**：对于一个三角形，已知两点的坐标及夹角，可计算出第三点的坐标。  
**飞行时间测量法原理**：摄像机发出辐射，测量辐射反射回传感器所经过的时间。

1、进行三维重构前，必须标定摄像机以及确定摄像机之间的相对方位。

## 2.5.1 立体视觉传感器 ##

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**视差**：使用两台不同视角的摄像机采集同一场景时，距离摄像机某个距离的某个点会在会在两台摄像机图像上不同的位置成像。  
**基线**：三角形的已知边，即摄像机两个投影中心（入射光瞳）之间的光线。

1、立体视觉传感器使用两台摄像机从不同位置观察同一场景。  
2、一旦图像中对应点能够确定，在空间中经过它们的光线也能够计算，则两条光线的交点就是所要重构的三维点。  
3、通过在两幅图像中匹配小的矩形窗口来确定对应点。被测物必须包含足够的纹理或结构特征，否则不能唯一地确定对应点。若被测物缺少纹理特性，可在场景中投影随机的纹理图案或投射多个随机图案。使用多个图案的缺点：物体一定不能移动。  
4、所有基于三角测量原理的传感器都会存在遮挡现象。

## 2.5.2 片光（激光三角测量）传感器 ##

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**激光投影仪构造原理**：发射一束平行激光束，通过柱面透镜、Powell透镜或光栅透镜后输出激光束。  
**三角测量法中影响精度的因素**：角度，斑点噪声

1、激光投影仪在被测物上投下激光平面，平面与被测物表面形成特征线。摄像机在不同视角能够采集到特征线。  
2、物体到激光投影仪的不同距离在摄像机图像上产生视差。激光线在成像时产生垂直偏移，通过垂直偏移可以重构物体的三维坐标。  
3、物体与片光之间必须有相对位移才能重构物体三维形状。

## 2.5.3 结构光传感器 ##

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**条纹投影系统**：使用正弦图案的三维重构系统

1、投影仪在场景中投射多个不同频率的条纹图案，摄像机用来观察整个场景。  
2、DLP投影仪的中心位置是一个数字微镜器件DMD，DMD有规则像素布局和菱形像素布局两种构造方式。  
3、格雷码通常用来编码投影仪的列。优点：相邻码字仅差一位。效果：错误的解码通常发生在码字投影的边缘；最高分辨率的条纹宽度是二进制码的两倍，对于表面发现产生较大角度反射光线的物体部分，其投影条纹更密集。  
4、格雷码容易解码，条纹投影可以精确计算相位，精度高。

## 2.5.4 飞行时间(TOF)摄像机 ##

1、脉冲调制(PM)TOF摄像机先发出辐射脉冲，再直接或间接测量辐射脉冲到达被测物并返回摄像机所需的时间。PM TOF摄像机支持高帧率，分辨率比CWM TOF摄像机的高。  
2、连续波调制(CWM)TOF摄像机先发出调幅射线，再测量发射射线和接收射线之间的相位差。CWM TOF摄像机分辨率相对较小。

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