初识结构光三维重建

结构光技术

基于结构光的三维成像，实际上是三维参数的测量与重现，与双目立体视觉之类的被动三维测量技术区别在于，该方法被称为主动三维测量。因为它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。

首先，结构光的类型分为很多种，结构光就是将光结构化，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行数据。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。

条纹投影技术

条纹投影技术实际上属于广义上的面结构光。其主要原理如下图所示，即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。最重要的一点是系统的标定，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。

为什么要用结构光技术进行三维重建？

结构光技术具有高精度和无视弱纹理等优点，目前用的比较多的结构光分为两大类：线结构光以及条纹结构光。使用双目立体视觉进行物体三维重建存在一个很大的缺点，如果物体的表面没有丰富的纹理信息的话，重建的效果会非常差。这时我们可以主动向待测量区域投射结构光，主动为物体表面创建“纹理”。下图是一个典型的双目条纹结构光设备，由两部相机和投影仪组成，由投影仪投射结构光，相机捕获图像。