1.飛行時(shí)間發(fā)
原理:通過直接測量光傳播的時(shí)間,確定物體的面型。發(fā)射脈沖信號(hào),接受發(fā)射回的光,計(jì)算距離。
精度:毫米級(jí)
優(yōu)點(diǎn):原理簡單,可避免陰影和遮擋等問題,且儀器便攜化。
缺點(diǎn):精度相對(duì)較低
2.莫爾條紋法
原理:采用兩組光柵,一個(gè)主光柵,一個(gè)基準(zhǔn)光柵,通過基準(zhǔn)光柵來檢測輪廓表面的主光柵,并根據(jù)條紋規(guī)律來推算物體的輪廓面型。
優(yōu)點(diǎn):過程運(yùn)算量小,比較容易實(shí)現(xiàn)快速測量。
缺點(diǎn):單從莫爾等高線不能判定物體凹凸,且光柵制作存在局限性,一般應(yīng)用于工業(yè)在線質(zhì)量檢測。
主要兩類:影像型莫爾條紋和投影型摩爾條紋
①影像型摩爾條紋
優(yōu)點(diǎn):測量精度高
缺點(diǎn):要求較大光柵面積,至少覆蓋待測輪廓,且光柵要緊挨待測物體
②投影莫爾法
將一個(gè)光柵投射到被測物體上,旁邊使用另一個(gè)光柵觀測行程的摩爾條紋,分析觀測到的摩爾條紋,就可得到深度信息。
優(yōu)點(diǎn):適合測量較大物體。
3.立體視覺法
原理:由多幅圖像(一般兩幅)來獲取物體三維幾何信息的方法。主要模仿生物,幾乎所有具備視覺的生物,都是兩個(gè)眼睛。利用成像設(shè)備從不同位置獲取被測物體的兩幅圖像,通過計(jì)算圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)間的位置偏差,來獲取物體的三維幾何信息。
優(yōu)點(diǎn):原理簡單,對(duì)材質(zhì)顏色等物面性質(zhì)及背景光等環(huán)境因素要求較低,在超大型三維測量如建筑物測量中具有不可替代的優(yōu)勢。 缺點(diǎn):系統(tǒng)需要預(yù)先標(biāo)定,當(dāng)測量環(huán)境發(fā)生變化時(shí),相機(jī)參數(shù)需要重新調(diào)節(jié)。很難獲取無紋理區(qū)域的信息。
4.激光三角法
原理:線掃描法的一種,是用線光源投射到待測物體表面,然后經(jīng)過一側(cè)一維的掃描,獲得整個(gè)物體的深度信息。
每次投射器投射一條光線到物體上,攝像機(jī)對(duì)帶有光條紋的物體成像,圖像上的光線特征恰恰對(duì)應(yīng)投射器的光線。根據(jù)三角測量原理,可確定落在物體上光線的深度信息。
優(yōu)點(diǎn):原理簡單,精度較高,因?yàn)槭褂脝紊院玫募す馐沟眠@種方法很少受物體表面紋理的影響相對(duì)較穩(wěn)定,因此激光三角法在精度要求較高、環(huán)境較為復(fù)雜的工業(yè)檢測領(lǐng)域,應(yīng)用非常廣泛
缺點(diǎn):由于單幀圖像得到的信息非常有限,激光三角法還需要一次一維的移動(dòng)掃描,這也導(dǎo)致該方法效率較低。
5.結(jié)構(gòu)光技術(shù)
是一種主動(dòng)的三角測量技術(shù)。
原理:由光源投射可控制的光點(diǎn)、光條或光面結(jié)構(gòu),光在物體表面形成特征點(diǎn),線或者面,并由成像系統(tǒng)捕獲圖像, 得到特征點(diǎn)的投射角,然后根據(jù)標(biāo)定出的空間方向、位置參數(shù),利用三角法測量原理計(jì)算特征點(diǎn)與攝像機(jī)鏡頭主點(diǎn) 之間的距離。
幾種比較典型的編碼結(jié)構(gòu)光方式:
根據(jù)編碼圖案,將編碼結(jié)構(gòu)光分為了離散編碼和連續(xù)編碼兩大類。
如圖1.6所示。若沿著一行掃描編碼結(jié)構(gòu)光的數(shù)字投影條紋圖案,我們會(huì)發(fā)現(xiàn)離散編碼的圖案中, 碼字(codeword)相同的區(qū)域其掃描輪廓線的值也是一樣的, 而相同碼字區(qū)域的大小也很大程度上代表了重構(gòu)出來的三維點(diǎn)云的密度; 然而,在連續(xù)編碼圖案上,掃描輪廓線則為一條連續(xù)平滑的亮度曲線,在一個(gè)周期內(nèi)每個(gè)像素都有唯一的碼字, 正是如此,該方法才能夠獲得與圖像分辨率相當(dāng)?shù)狞c(diǎn)云密度。 而時(shí)間編碼則是使用同一個(gè)像素點(diǎn)不同時(shí)間下的多個(gè)碼字來確定該點(diǎn)的位置信息。
當(dāng)然,也有一些方法結(jié)合時(shí)間和空間策略共同確定位置信息。
離散型空間編碼方法大致可以分為三類:基于De aruijn的編碼方法,基于M.a(chǎn)rray的編碼方法,非正式的編碼方法。
離散型時(shí)間編碼方法主要代表有:自然二進(jìn)制編碼,Gray碼。
離散型編碼可以通過空間域或時(shí)間域進(jìn)行編碼實(shí)現(xiàn)。
空間編碼和時(shí)間編碼是通過碼字解碼的方式不同來區(qū)分的,空間編碼需要周圍相鄰碼字共同確定中心碼字的位置信息,
理論上講,連續(xù)性編碼方法既可以采用周期性模式,也可以采用非周期性模 式。然而非周期性模式往往限制了模板大小,目前圖像亮度等級(jí)有限,只有256 級(jí)的情況下,無法絕對(duì)唯一地標(biāo)識(shí)大范圍空間。因此,周期性模式圖像配合時(shí)間 域交叉技術(shù)獲得廣泛認(rèn)可。
連續(xù)性編碼方案中,最具有代表性的是相移輪廓術(shù)和傅里葉輪廓術(shù)。
①傅里葉變換輪廓術(shù)
圖1.7所示。輪廓測量法利用數(shù)字濾波技術(shù),將頻率較高的載波和頻率較低的面形分離出來,然后進(jìn)行反變換,
得到包含高度信息的相位,在通過標(biāo)定得到的相位高度映射關(guān)系得到三維面型信息。傅里葉變換輪廓術(shù)只用一
幅圖就可以得到相位值測量面型信息,但該方法計(jì)算量大,使用FFT產(chǎn)生的泄漏、混頻、柵欄效應(yīng)等會(huì)產(chǎn)生誤差,
采用數(shù)字濾波器也需要不斷試錯(cuò)才能得到正確的參數(shù)。
②相位測量輪廓術(shù)
相位測量輪廓術(shù)(PMP:Phase Measurement Profilometry)的基本思想就是
通過3F(F為相移法中采用的頻率個(gè)數(shù))張具有一定相位差的條紋圖來計(jì)算相位,然后再結(jié)合相位-高度映射關(guān)系式
計(jì)算出物體的高度分布。
相位測量輪廓術(shù)的原理同樣如圖1.7所示,將正弦光柵圖像投影到物體表面,同時(shí)用成像設(shè)備采集變形條紋。
然后開始投影第二幀正弦光柵圖案,同時(shí)采集這一幀的變形條紋……整個(gè)過程重復(fù)Ⅳ次,而每一幀圖案相對(duì)前一幀
的相移為2,r/N。
典型的幾種算法被廣泛應(yīng)用于實(shí)際測量中,分別是三步相移法,四步相移法,五步相移法和六步相移法。
相比傅里葉輪廓術(shù),相位測量輪廓術(shù)運(yùn)算量要小很多,而且可以用查表法進(jìn)一步降低運(yùn)算量,這使得相位測量輪廓術(shù)在高速高精度實(shí)時(shí)三維測量中運(yùn)用的非常廣泛。
作者為CSDN博主iandbeyond,
原文地址:https://blog.csdn.net/iandbeyond/article/details/79256932
審核編輯:劉清
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原文標(biāo)題:結(jié)構(gòu)光三維測量幾種比較成熟的方法
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