结构光三维视觉测量

基于多频外差相移结构光的三维测量系统郭进;陈小宁【摘要】The construction of 3 D optical measurement system based on binocular vision and phase projector is attracting more and more attentions due to his importance in automation produce. The camera internal and external parameters had been got by tablet calibration technology. In order to avoid the error by the methord based on the phase shift and Gray code, a technology based on multifrequency heterodyne principle had been explored out. The exact phase had been obtained by fitting negative exponential. The experimental results proves that by this system could be get the point cloud with high accuracy and the system error is of less than 0. 03 mm.%基于相位投影和双目视觉的三维光学测量系统已经广泛应用于各领域。

系统通过平板标定技术得到摄像机的内参和外参；针对格雷码与相移结合技术在测量物体边缘位置解相位误差大的问题，采用多频外差原理的测量方式，使用拟合负指数求解像素点的绝对相位，使用对极几何进行亚像素立体匹配。

实验证明：该系统可以完成复杂面型测量并且获得高精度点云数据，测量标准偏差为0.03 mm。

结构光技术是一种测量和成像技术，利用一束光的三维结构和相位信息来进行高精度的测量和成像。

结构光技术通常包括以下步骤：
投射光：使用一台结构光投影仪，投射一种光源（通常是白光、激光或红外线）形成的光线条纹。

采集图像：使用一台相机或其他图像传感器，拍摄被投射光线条纹照射的物体。

处理图像：通过计算机算法，分析被拍摄图像中的光线条纹信息，确定物体的三维结构和相位信息。

这些信息可以用于生成三维模型、测量物体尺寸和形状等。

结构光技术广泛应用于工业测量、机器人视觉、虚拟现实、计算机图形学等领域。

它可以实现高精度的三维测量和成像，具有快速、非接触、非破坏等优点，可以用于工业制造、医疗、文化遗产保护等领域。

线结构光测量原理线结构光测量原理是一种非接触式三维测量技术，它通过投射一条光线在被测物体表面上形成一条亮线，然后通过相机拍摄这条亮线在被测物体上的投影，从而得到物体表面的三维形状信息。

该技术在工业制造、医疗等领域得到广泛应用。

线结构光测量的原理基于三角测量原理，即通过相机拍摄被测物体表面上的投影图像和已知的光线参数，通过计算得到物体表面上每个点的三维坐标。

在线结构光测量中，光源一般采用激光器或LED 灯，由于光的直线传播特性，光源发出的光束可以看作是一组平行的光线，它们被投射到被测物体表面上形成一条亮线。

相机则用来拍摄这条亮线在被测物体表面上的投影。

由于物体表面的形状各异，亮线在被测物体表面上的投影也会不同，因此需要对亮线在被测物体表面上的投影进行处理，从而得到物体表面的三维形状。

处理方法一般包括三维重建算法、图像匹配算法、拟合算法等。

线结构光测量技术具有非接触、高精度、高速度等优点，被广泛应用于工业制造、医疗、文化遗产保护等领域。

在工业制造领域，线结构光测量可以用来测量零件的三维形状，帮助生产厂家检测零件是否符合要求，提高生产效率和品质。

在医疗领域，线结构光测量可以用来制作义肢、矫形器等医疗器械，为患者提供更好的医疗服务。

在文化遗产保护领域，线结构光测量可以用来记录文物的三维形状，保护文物珍贵的文化遗产。

当然，线结构光测量技术也存在一些局限性。

例如，被测物体表面必须为光滑表面，否则会影响测量精度；同时，光源和相机的位置需要固定，否则会导致测量误差。

因此，在使用线结构光测量技术时需要注意这些局限性，从而提高测量精度。

线结构光测量技术是一种高精度、高速度、非接触式的三维测量技术，被广泛应用于工业制造、医疗、文化遗产保护等领域。

随着科技的不断发展，线结构光测量技术也将不断完善和优化，为人们提供更好的服务。

结构光3d成像原理
结构光3d成像技术是一种利用光学三角测量原理进行测量和重建物体三维形态的方法。

它通过发送一束结构化光(如条纹、格子等)到被测物体表面，然后捕捉返回的光线信息，利用计算机对数据进行处理，最终生成物体的三维模型。

结构光3d成像原理基于光学三角测量原理，即利用视差原理计算物体表面上各个点的三维坐标。

在结构光3d成像系统中，首先需要将被测物体置于一个光照条件较好的环境里，并且保持相机和投影仪之间的几何关系不变。

然后，投影仪发出一束结构化光，在物体表面形成一个光栅。

相机拍摄物体表面上的光栅图案，将图像传输到计算机中进行处理和分析。

在处理过程中，需要进行相位解码和相位匹配，以计算出每一个像素的深度信息。

相位解码是指将光栅图案的相位信息转换为深度信息的过程，而相位匹配则是通过对比不同光栅图案之间的相位差异，计算出物体表面上每一个像素的深度值。

最终，通过对所有像素的深度值进行三维重建，生成物体的三维模型。

结构光3d成像技术具有高精度、高速度、无接触等优点，被广泛应用于工业制造、医学影像、文化遗产保护、虚拟现实等领域。

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船舶建造测量三维可视化精度控制方法摘要：船舶建造是项复杂而精密的制造工程，在数字化生产高速发展的潮流下，数字化造船技术成为造船产业提高效率和效益的重要保障，这主要包括数字化设计、数字化制造和数字化管理，其发展趋势为三维化、虚拟化和协同化。

建造和精度控制分析也需要高效可靠的技术手段支持，精度控制测量的三维可视化是描述与分析测量数据、深入挖掘空间信息特征的有效工具。

关键词：数字化造船；工业测量；精度控制1结构光测量1.1结构光视觉的方法及原理结构光三维视觉运用最多的是基于光学三角法的原理。

结构光视觉传感器是由结构光投射器和摄像机构成。

结构光投射器将包含信息的结构光向被测物体投射，构造特征。

使用不同模式的结构光投射，得到的可视特征也不相同。

摄像机采集被测物表面上的可视特征，传输到计算机中进行图像处理，最后可以解算出可视特征的精确空间三维坐标。

根据结构光的模式不同，结构光视觉传感器分为点结构光视觉传感器、线结构光视觉传感器和多线结构光视觉传感器等多种。

当采用面结构光时，只需将一幅包含二维信息的结构光图案投射到物体上，这样不需进行扫描整个物体就可以测量三维信息，测量速度快，其中运用最普遍的是将光栅条纹投影到物体表面。

此系统由一个CCD摄像机和一个成角度布置的DLP投影仪构成，测量时，一组光强呈正弦分布的光栅图像由DLP投影仪发出并投射到被测物体上，与此同时CCD摄像机拍摄经被测物体表面调制而变形的光栅图案；将获取到的光栅图像依据相位计算方法得到绝对相位值；最后根据预先标定的系统参数或相位-高度映射关系从绝对相位值计算出被测物体表面的三维点云数据。

对于相位测量的方法主要包括：莫尔轮廓术、时域相位测量轮廓术、空域相位测量轮廓术和傅里叶变换轮廓术。

（1）莫尔轮廓术其测量原理是将被测表面调制过的图像与基准光栅进行对比，通过对比到的莫尔图样画出物体的等高线，接着计算出测件的表面轮廓三维信息。

假如根据基准光栅图案计算出X，Y平面的尺寸信息，然后利用公式计算出该条纹离开基准光栅的实际距离，添加物体实际高度就可得到物体的三维尺寸信息。

基于结构光的3D摄像头介绍与测试分析摘要：随着计算机技术和空间光调制技术的迅速发展，利用光学方法实现的图像识别技术也逐渐由传统的纯光学元件组成的系统向光学与计算机软硬件相结合的系统转变，得到越来越多的应用。

传统的光学图像识别方法是以二维图像相关为基础的，面对三维物体的识别仍然存在困难。

因此3D信息采集逐渐成为了计算机视觉领域的热点问题。

目前市面上常有的 3D 摄像头方案有结构光（Structured-light）、光飞行时间（TOF）和双目视觉（Stereo）这3种。

其中结构光具有主动测距且测距范围较远、测量精度高、不受光照变化及物体纹理影响、分辨率高、软件复杂度中等和功耗中等多方面的特性，同时在技术上也更为成熟，因而应用广泛。

关键字：3D；结构光；解析度；色彩还原一、3D结构光摄像头介绍3D结构光摄像头原理。

3D摄像头又叫深度摄像头，顾名思义，通过摄像头可检测出拍摄空间的景深距离，这是与普通摄像头的最大区别。

3D结构光摄像头原理（图1）：通过近红外激光器，将具有一定结构特征的光线投射到被拍摄物体上，再由专门的红外摄像头进行采集。

这种具备一定结构的光线，会因被摄物体的不同深度区域，而采集不同的图像相位信息，然后通过运算单元将这种结构的变化换算成深度信息，以此来获得三维结构。

简单来说就是，通过光学手段获取被拍摄物体的三维结构，再将获取到的信息进行更深入的应用。

3D结构光成像技术组成：1）不可见光红外线(IR)发射模组：用于发射经过特殊调制的不可见红外光至拍摄物体。

2）不可见光红外线(IR)接收模组：接收由被拍摄物体反射回来的不可见红外光，通过计算获取被拍摄物体的空间信息。

3）镜头模组：采用普通镜头模组，用于2D彩色图片拍摄。

4）图像处理芯片：将普通镜头模组拍摄的2D彩色图片和IR接收模组获取的3D信息集合，经算法处理得当具备3D信息的彩色图片结构光介绍。

结构光，英文叫做 Structured light，通常采用特定波长的不可见的红外激光作为光源，它发射出来的光经过一定的编码投影在物体上，通过一定算法来计算返回的编码图案的畸变来得到物体的位置和深度信息。

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。

线结构光3d相机算法1.引言1.1 概述概述:随着科技的不断进步和人们对于三维视觉信息获取的需求日益增长，线结构光3D相机成为了一种流行的三维测量设备。

这种相机利用投射的结构光和相机接收的图像来获取目标物体的三维形状和纹理信息。

相比于传统的测量方法，线结构光3D相机具有高精度、高速度和非接触等优点，被广泛应用于工业制造、机器人导航、虚拟现实等领域。

本文将重点介绍线结构光3D相机的算法。

在原理介绍部分，将详细阐述线结构光原理的基本概念和工作原理，包括光源的选择、结构光投影模式和相机的成像原理。

在算法描述部分，将重点讨论相机标定、三维重建和纹理映射等关键算法。

通过对这些算法的深入解析，读者将能够更好地理解线结构光3D相机的原理和工作流程。

本文的目的在于帮助读者全面了解线结构光3D相机算法的基本原理和应用。

无论是学术研究还是工程实践，对于这些算法的掌握都至关重要。

通过本文的学习，读者将能够掌握线结构光3D相机的关键算法，进而应用于实际问题中。

接下来的正文部分将详细介绍线结构光3D相机的原理和算法描述，读者将逐步了解到线结构光3D相机是如何利用结构光和相机图像进行三维测量的，从而获得目标物体的三维形状和纹理信息。

最后的结论部分将对本文的内容进行总结，并展望线结构光3D相机在未来的发展方向。

总之，本文将通过对线结构光3D相机的算法进行深入介绍，帮助读者全面了解线结构光3D相机的原理和应用。

无论是对于科研人员还是工程师来说，对于这种三维测量设备的掌握将会对他们的工作产生重要的帮助。

希望本文能够为读者在相关领域的研究和实践提供有价值的参考。

1.2文章结构文章结构是指文章的组织框架和部分标题的选择，它在一定程度上决定了读者对文章内容的理解和把握。

本文将围绕线结构光3D相机算法展开，主要分为引言、正文和结论三个部分。

在引言部分，我们将对整篇文章进行概述，介绍线结构光3D相机的基本原理和算法在三维重建领域的应用。

通过引言，读者可以初步了解文章的主题以及本文的研究目的和意义。

结构光三维成像技术结构光三维成像技术是一种基于光捕捉和图像处理的技术，能够快速、准确地获取物体表面的三维信息。

这种技术的出现，打破了传统三维测量方法的局限，为各个领域带来了革命性的变革。

一、结构光三维成像技术的定义结构光三维成像技术是通过将特定结构的光投射到物体表面，再根据物体表面反射的光线，利用图像处理技术恢复出物体的三维形态。

它具有高精度、高速度和高效率的特点，被广泛应用于各种领域。

二、结构光三维成像技术的应用结构光三维成像技术的应用领域非常广泛，主要应用于工业生产、医学诊断、军事侦查等。

在工业生产领域，结构光三维成像技术被广泛应用于产品质量检测、逆向工程、机器视觉等领域。

例如，在产品质量检测中，利用结构光三维成像技术可以快速准确地检测产品的形状、尺寸和表面质量，提高生产效率和产品质量。

在逆向工程中，结构光三维成像技术可以帮助企业将实物样品转化为三维数字模型，加速产品开发速度。

在机器视觉领域，结构光三维成像技术是实现自主导航、物体识别、场景建模等的关键技术之一。

在医学诊断领域，结构光三维成像技术也发挥了重要作用。

例如，在口腔医学中，结构光三维成像技术可以用来获取牙齿的三维形态，帮助医生进行牙齿矫形和治疗计划的制定。

在临床医学中，结构光三维成像技术可以帮助医生快速准确地获取病人的三维形态信息，为手术方案的制定提供重要依据。

在军事侦查领域，结构光三维成像技术也有着广泛的应用。

例如，利用结构光三维成像技术可以对目标进行快速准确的定位和测量，提高打击精度和作战效果。

同时，结构光三维成像技术也可以用来进行地形测绘、物体识别等，为军事行动提供重要支持。

三、结构光三维成像技术的发展历程结构光三维成像技术的研究可以追溯到20世纪80年代，经历了以下几个阶段：1、20世纪80年代至90年代初，是该技术的探索和萌芽阶段。

这一时期的研究主要集中在如何获取和处理结构光投影和物体反射的光线，以实现物体的三维测量。

2、20世纪90年代中期，是该技术取得突破和进展的阶段。

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。