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機器視覺3D成像技術-3D相機

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瀏覽:- 發布日期:2019-11-12 13:51:54【

3D成像關鍵技術,主要有四種關鍵技術:立體視覺、結構光3D成像、激光三角形測量、TOF,后面三個是主動成像,需要外加光源來實現。

立體視覺

立體視覺

我們也許在很多場合中看到過這樣的場景,安裝兩個攝像機才能獲得物體的不同視角。校準(標定)技術用于在攝像機之間對齊像素信息并提取有關深度的信息,類似于我們的大腦如何以視覺方式測量距離。將認知過程轉換為系統需要大量的計算工作。

立體視覺成像

這種系統使用標準的工業相機或者其他相機,因此可以降低成本。傳感器(例如高性能傳感器或全局快門)越復雜,系統成本就越高。距離范圍受到機械約束的限制:對物理基線的要求導致需要更大尺寸的模塊。還需要精確的機械對準和重新校準。另外,該技術在惡劣或變化的光照條件下效果不佳,并且非常取決于物體的反射特性。

結構光成像

在結構光中,將預定的光圖案投影到物體上,比如格雷碼,并且通過分析圖案如何變形來獲得深度信息。幀時間沒有概念上的限制,沒有運動模糊,并且它對多路徑接口具有魯棒性。主動照明需要復雜的照相機,并且還需要透鏡與圖案投影儀之間精確且穩定的機械對準。存在失準的風險,并且反射的圖案對環境中的光學干擾敏感,并且僅限于室內應用。

結構光成像

結構光成像技術

投影結構光3D圖像捕獲方法的原理。(a)將照明圖案投射到場景上,并用相機捕獲反射圖像。一個點的深度取決于它在圖案和圖像中的相對位移。(b)投影條紋圖案比如格雷碼。(c)從3D對象反射的條紋圖案的捕獲圖像。

格雷碼

激光三角測量

激光三角測量系統測量一條線的幾何偏移,該線的值與物體的高度有關。它是基于對象掃描的一維成像技術。根據激光照射表面的距離,激光點會出現在相機視場的不同位置。由于激光點,相機和激光發射器形成三角形,因此該技術被稱為三角測量。可以使用經典的高速全局快門傳感器,但是專用傳感器將獲得更好的精度和速度性能。

激光三角法

高分辨率激光器通常用于需要高精度,穩定性和低溫漂移的位移和位置監控應用中。不利的一面是,該技術僅覆蓋近距離,對環境光敏感,并且僅限于掃描應用。還需要復雜的算法和校準。另外,該技術對結構化或復雜的表面敏感。

激光三角

飛行時間

這項技術代表了所有方法,這些方法實現了從相機和場景之間直接獲取距離的測量或光子雙倍飛行時間的計算。可以直接(D-ToF)或間接(I-ToF)進行此測量。D-ToF概念很簡單,但是需要復雜且受時間限制的設備,而I-ToF可以以更簡單的方式操作:光源與圖像傳感器同步。光脈沖與相機的快門相位同步發射。光脈沖去同步用于計算光子的ToF,這使得可以推斷出發射點和物體之間的距離。

結構光

TOF

這樣可以確保直接測量每個像素的深度和幅度。該圖像稱為深度圖。該系統具有較小的縱橫比,單眼方法以及一生一次的輕松校準,并且在環境光條件下也能很好地運行。缺點包括需要主動照明同步以及潛在的多徑干擾和距離混疊。

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