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结构光三维测量基础原理

发表时间：2023-02-06 10:07

区别于纯粹的像双目立体视觉之类的被动三维测量技术，基于结构光的三维成像是一种主动投射结构光到被测物体上并通过结构光的变形（或者飞行时间等）来确定被测物的三维参数。

结构光分很多种，但顾名思义，首先它是将光结构化，主要包括了点结构光、线结构光以及简单的面结构光等，而复杂的面结构光要涉及复杂的光学图案编码。

结构光测量原理：

当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。其中调制方式可分为时间调制与空间调制两大类。时间调制方法中最常用的是飞行时间法，该方法记录了光脉冲在空间的飞行时间，通过飞行时间解算待测物的面形信息；空间调制方法为结构光场的相位、光强等性质被待测物的高度调制后都会产生变化，根据读取这些性质的变化就可得出待测物的面形信息。

下面以一种应用广泛的光栅投影技术（条纹投影技术）为例来阐述其具体原理。条纹投影技术实际上属于广义上的面结构光。其主要原理是通过计算机编程产生正弦条纹，将该正弦条纹通过投影设备投影至被测物，利用CCD相机拍摄条纹受物体调制的弯曲程度，解调该弯曲条纹得到相位，再将相位转化为全场的高度。当然其中至关重要的一点就是系统的标定，包括系统几何参数的标定和CCD相机以及投影设备的内部参数标定，否则很可能产生误差或者误差耦合。因为系统外部参数不标定则不可能由相位计算出正确的高度信息。