结构光D视觉原理PPT课件

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。

结构光技术(总3页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除结构光技术1.2.1干涉测量法干涉测量法(Interferometry)是常用的高精度、高分辨率测量方法之一，它是利用光的干涉原理对物体进行测量的。

当物体波前与参考波前满足干涉条件时，物体波前与参考波前发生干涉产生干涉条纹，从干涉条纹形变情况可以测出被测物体的几何形状(5]0传统的干涉测量法多采用条纹细化技术得到千涉条纹中心，然后检测条纹中心相对参考基准的偏移量来计算物体的几何形状。

由于计算条纹中心位置的误差较大，所以采用此方法的测量误差较大。

随着激光技术的发展，出现了双光束干涉、多光束干涉、外差干涉、全息千涉等方法。

全息干涉测量对测量环境的要求较高，系统侧量稳定性易受到光学散斑、震动、湿度、气压以及温度等因素影响，若采用共光路设计和同时相移技术，可以有效地抑制震动对测量结果的影响。

2. 4结构光法结构光方法((Structured Light)是一种主动式光学测t技术，其基本原理是由结构光投射器向被测物体表面投射可控制的光点、光条或光面结构，并由图像传感器(如摄像机)获得图像，通过系统几何关系，利用三角原理计算得到物体的三维坐标。

结构光测量方法具有计算简单、体积小、价格低、大盆程、便于安装和维护的特点，在实际三维轮廓测量中被广泛使用，但是测量精度受物理光学的限制，存在遮挡问题，测量精度与速度相互矛盾，难以同时得到提高。

光点式结构光测量方法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，难以完成实时测量。

用线结构光代替点光源，只需要进行一维扫描就可以获得物体的深度图，图像获取和图像处理的时间大大减少(io)。

如图1.3为线结构光的示意图，利用辅助的机械装置旋转光条投影部分，从而完成对整个被测物体的扫描。

当采用光面结构光时，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[}m,i2}。

面结构光三维测量的原理面结构光三维测量是一种常用的非接触式三维测量方法，可以通过投射结构光对被测物体进行三维重建。

其原理基于三角测量原理和结构光原理。

首先，我们来看三角测量原理。

三角测量是利用三角形的几何关系来测量物体的位置、距离和形状的方法。

在面结构光三维测量中，主要使用的是空间三角测量，即通过计算被测物体表面上的某一点在相机和投影仪之间形成的三角形，从而求解出该点在空间中的坐标。

其次，结构光原理也是面结构光三维测量的基础。

结构光是指将光源发出的光束经过特殊处理（例如透镜、投影仪等），在被测物体表面上形成一定的光模式。

这个光模式可以是条纹、点阵等。

当这些光模式照射到被测物体表面上时，会发生光的反射、散射和折射等现象，形成一系列特定的影像。

通过对这些影像进行分析处理，就可以得到被测物体表面上各点的三维坐标信息。

基于以上两个原理，面结构光三维测量通常可以分为三个步骤：投影、成像和三维重建。

在投影阶段，投影仪将事先计算好的结构光模式投射在被测物体表面上。

这些结构光模式可以是一组条纹、点阵或者其他形式的光模式。

在投影过程中，需要注意光源、投影仪和被测物体之间的相对位置关系，以及选用适当的光源和投影仪。

在成像阶段，使用相机对投影在被测物体表面上的结构光进行拍摄。

相机接收到被测物体上反射、散射或折射的结构光，将其转换为数字图像。

在三维重建阶段，通过对拍摄到的图像进行处理，可以恢复出被测物体表面上各点的三维坐标信息。

常用的处理方法包括相位偏移法和立体匹配法。

相位偏移法是利用结构光模式的相位信息来计算物体表面上各点的三维坐标。

结构光模式的相位信息可以通过对连续几幅图像进行相位移动来获取。

通过分析这些图像的亮度变化和相位变化，可以计算出物体表面上各点的三维坐标。

立体匹配法是将投影仪和相机之间的相对位置关系转换为立体视觉问题，通过分析图像中的纹理、颜色、边缘等特征，寻找相应的匹配点对，从而恢复出物体表面上各点的三维坐标。

结构光编辑1、激光从激光器发出,经过柱面透镜后汇聚成宽度很窄的光带,称为结构光.该光平面以一定角度入射在工件上,在工件上产生反射和散射2、已知空间方向的投影光线的集合称为结构光3、生成结构光的设备可以是将光点、光缝、光栅、格网或斑纹投影到被测物体上的某种投影设备或仪器,也可以是生成激光束的激光器结构光的英文是structured light结构光标定方法：基于立体标靶的激光平面标定，斜面标定法。

结构光技术（部分）(2006-10-26 17:12:56)转载▼分类：三维光学测量技术结构光技术结构光方法((Structured Light)是一种主动式光学测t技术，其基本原理是由结构光投射器向被测物体表面投射可控制的光点、光条或光面结构，并由图像传感器(如摄像机)获得图像，通过系统几何关系，利用三角原理计算得到物体的三维坐标。

结构光测量方法具有计算简单、体积小、价格低、大盆程、便于安装和维护的特点，在实际三维轮廓测量中被广泛使用，但是测量精度受物理光学的限制，存在遮挡问题，测量精度与速度相互矛盾，难以同时得到提高。

光点式结构光测量方法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，难以完成实时测量。

用线结构光代替点光源，只需要进行一维扫描就可以获得物体的深度图，图像获取和图像处理的时间大大减少(io)。

如图1.3为线结构光的示意图，利用辅助的机械装置旋转光条投影部分，从而完成对整个被测物体的扫描。

当采用光面结构光时，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[}m,i2}。

如图1.4所示为面结构光的示意图。

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。

结构光原理结构光是一种利用结构光投影仪和相机进行三维重建的技术。

它通过投射编码光条或光斑到被测物体表面，然后利用相机捕捉被测物体表面的图像，通过图像处理算法，可以得到被测物体表面的三维坐标信息，从而实现三维重建。

结构光原理是一种非接触式的三维测量技术，具有测量速度快、精度高、适用范围广等优点，因此在工业制造、医学影像、文物保护等领域有着广泛的应用。

结构光原理的核心是光条或光斑的编码和解码。

在结构光投影仪中，通过使用特殊的光学元件，可以将光源发出的光束分成多个光条或光斑，并对其进行编码。

这些编码后的光条或光斑投射到被测物体表面后，形成一种特殊的图案。

被测物体表面的图案被相机捕捉后，通过图像处理算法可以将编码信息解码，从而得到被测物体表面的三维坐标信息。

在实际应用中，结构光原理需要考虑光源、投影仪、相机等硬件设备的配合，以及图像处理算法的设计和优化。

光源的选择和光斑的编码方式会直接影响到测量的精度和速度。

投影仪的性能和相机的分辨率也会对测量结果产生影响。

因此，在实际应用中需要综合考虑硬件设备和算法的配合，以及环境光、表面反射等因素对测量的影响，从而得到准确的三维重建结果。

除了在工业制造、医学影像、文物保护等领域的应用外，结构光原理还在虚拟现实、增强现实等领域有着广泛的应用。

通过结构光原理可以实现对人体、物体的三维重建，从而为虚拟现实、增强现实等应用提供了重要的数据支持。

结构光原理的发展也推动了三维重建、计算机视觉等领域的发展，为人们带来了更多的可能性。

总之，结构光原理是一种非接触式的三维测量技术，具有测量速度快、精度高、适用范围广等优点，广泛应用于工业制造、医学影像、文物保护、虚拟现实、增强现实等领域。

在实际应用中，需要综合考虑硬件设备和算法的配合，以及环境光、表面反射等因素对测量的影响，从而得到准确的三维重建结果。

结构光原理的发展也推动了三维重建、计算机视觉等领域的发展，为人们带来了更多的可能性。

3D-camera结构光原理3D-camera结构光原理⽬前主流的深度探测技术是结构光，TOF，和双⽬。

具体的百度就有很详细的信息。

⽽结构光也有双⽬结构光和散斑结构光等，没错，Iphone X 的3D深度相机就⽤散斑结构光。

我⽤结构光模块做过实验，主要考虑有效⼯作距离，精度和视场⾓是否满⾜需求。

本⽂对结构光（Structured Light）技术做⼀个⽐较全⾯的简介。

结构光三维成像的硬件主要由相机和投射器组成，结构光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三维重建。

利⽤红外相机像素点信息求解被测物体深度信息需要经过：机构光解码、像素、空间坐标转换；为了满⾜获取深度信息的实时性，结构光模块内部⼀般会有⼀枚专⽤的处理芯⽚，⽤于计算并输出实时信息。

3D结构光⽬前的使⽤场景为：第⼀，物体信息分割与识别，3D⼈脸识别，⽤于安全验证、⾦融⽀付等场景；第⼆，体感⼿势识别，为智能终端提供新的交互⽅式；第三，三维场景重建，利⽤深度相机⽣成的深度信息（点云数据），结合RGB彩⾊图像信息，可完成对三维场景的还原，可⽤于测距，虚拟装修等场景。

基于结构光的三维成像，实际上是三维参数的测量与重现，主要是区别于纯粹的像双⽬⽴体视觉之类的被动三维测量技术，因⽽被称为主动三维测量。

因为他需要主动去投射结构光到被测物体上，通过结构光的变形（或者飞⾏时间等）来确定被测物的尺⼨参数，因此才叫做主动三维测量，嗯，相当主动。

⾸先，结构光的类型就分为很多种，既然是结构光，当然是将光结构化，简单的结构化包括点结构光，线结构光以及简单的⾯结构光等。

复杂⼀点的结构化就上升到光学图案的编码了。

结构光投射到待测物表⾯后被待测物的⾼度调制，被调制的结构光经摄像系统采集，传送⾄计算机内分析计算后可得出被测物的三维⾯形数据。

结构光照明成像原理一、引言结构光照明成像是一种常见的三维成像技术，它通过投射特定的结构光模式，并通过对被照物体的光斑进行分析，从而获取物体的三维形状信息。

本文将详细介绍结构光照明成像的原理和应用。

二、结构光照明成像原理结构光照明成像原理基于三角测量原理，它通过测量光斑的位移来推算物体表面的形状。

具体步骤如下：1. 发射结构光：结构光一般由光源和光栅或投影仪组成。

光源可以是激光器或LED等，光栅或投影仪用于产生特定的结构光模式。

光源将结构光投射到被测物体上。

2. 形成光斑：被测物体表面的凹凸不平会导致结构光在物体表面产生不同的投影，形成光斑。

光斑的形状和位置与物体表面的形状和位置有关。

3. 摄像：在光斑形成后，使用摄像机或其他光学传感器来捕捉光斑的图像。

摄像机可以是单个像素或具有多个像素的阵列。

4. 分析图像：通过分析摄像机捕捉到的光斑图像，可以推算出物体表面的形状。

分析包括计算光斑的位置、形状和大小等信息。

5. 三角测量：通过测量光斑的位置和形状，可以计算出物体表面各点的三维坐标。

三角测量原理基于光斑在空间中的位置关系和相机的内外参数。

三、结构光照明成像的应用结构光照明成像广泛应用于三维扫描、机器人视觉、虚拟现实等领域。

下面将分别介绍其在不同领域的应用。

1. 三维扫描：结构光照明成像可以用于实现快速、准确的三维扫描。

通过将结构光照射到待测物体上，捕捉光斑图像并进行分析，可以获取物体的三维形状信息。

这在工业制造、医学领域等都有广泛应用，如产品检测、医学成像等。

2. 机器人视觉：结构光照明成像可以用于机器人的视觉导航和目标识别。

通过结构光照明成像，机器人可以获取物体的三维形状信息，并根据该信息来进行路径规划、障碍物避免等操作。

这在自动化生产线、无人驾驶等领域具有重要的应用价值。

3. 虚拟现实：结构光照明成像可以用于虚拟现实技术中的手部追踪、姿势识别等应用。

通过使用结构光照明成像技术，可以获取用户手部的三维形状信息，并将其应用于虚拟现实场景中，实现与虚拟物体的交互。

结构光的原理与应用1. 引言结构光是一种利用光学投影技术来获取物体表面形状和纹理信息的方法。

它通过投射特殊编码的光斑模式，然后通过光学测量和图像处理，可以准确地重建出被测物体的三维形状。

结构光技术在计算机视觉、虚拟现实、工业制造等领域有着广泛的应用。

2. 结构光的原理结构光的原理基于三角测量的原理。

通过将物体投射特殊光斑模式的光，然后观察被投射的光斑模式发生变化时物体表面的形状，从而得到物体的三维坐标。

结构光通常使用激光器、投影仪和相机作为主要的硬件设备。

具体的原理如下：•激光器发射一束平行光，通过透镜和光栅等光学元件，将激光束变成特定的编码光斑。

•投影仪将编码光斑投射到被测物体上，光斑在物体表面产生变形，通过观察光斑在物体上的形变，可以推断物体表面的形状。

•相机捕捉投射在物体上的光斑图案，并记录下光斑图案在图像上的位置。

•经过图像处理算法，可以将光斑图案的位置信息转化为物体表面的三维坐标。

3. 结构光的应用结构光作为一种非接触式的三维测量技术，具有精度高、测量速度快等优点，在许多领域都得到了广泛的应用。

3.1 工业制造•结构光可以用于工业制造中的模具检测和产品质量检测。

通过结构光测量，可以快速地获取产品的三维形状，用于检测产品的几何尺寸和表面缺陷。

•结构光也可以应用于工件的自动化定位和对位。

通过获取工件表面的三维坐标，可以精确定位和对位，提高生产效率。

3.2 计算机视觉•结构光可以用于计算机视觉领域的3D重建。

通过结构光技术，可以快速地获取场景中物体的三维形状和纹理信息，用于计算机图形生成和虚拟现实应用。

•结构光也可以用于人脸识别和姿态跟踪。

通过获取人脸表面的三维坐标，可以提高人脸识别的准确性，并实现人脸姿态的跟踪和分析。

3.3 医疗领域•结构光可以用于医疗领域中的口腔扫描和牙齿矫正。

通过结构光测量，可以获取患者口腔中牙齿的三维形状和位置信息，用于制作口腔矫治器。

•结构光也可以应用于皮肤病诊断和治疗。