結構光三維視覺(jué)測量

1、 應用簡(jiǎn)介
結構光視覺(jué)方法的研究最早出現于20世紀70年代。在諸多的視覺(jué)方法中，結構光三維視覺(jué)以其大量程、大視場(chǎng)、較高精度、光條圖像信息易于提取、實(shí)時(shí)性強及主動(dòng)受控等特點(diǎn)，近年來(lái)在工業(yè)三維測量領(lǐng)域得到了廣泛的應用。
2、 系統設計原理、方框圖、原理圖
結構光三維視覺(jué)是基于光學(xué)的三角法測量原理。如圖所示，光學(xué)投射器（可以是激光器，也可以是投影儀）將一定模式的結構光投射于物體的表面，在表面形成由被測物體表面形狀所調制的光條三維圖像。該三維圖像由處于另一位置的攝像機攝取，從而獲得光條二維畸變圖像。光條的畸變程度取決于取決于光學(xué)投射器與攝像機之間的相對位置和物體表面形廓（高度）。直觀(guān)上，沿光條顯示出的位移（或偏移）與物體的高度成比例，扭結表示了平面的變化，不連續顯示了表面的物理間隙。當光學(xué)投射器與攝像機之間的相對位置一定時(shí)，由畸變的二維光條圖像坐標便可重現物體表面的三維形廓。結構光三維視覺(jué)測量系統由光學(xué)投射器、攝像機、和計算機系統三部分構成。
根據光學(xué)投射器所投射的光束模式的不同，結構光模式可分為點(diǎn)結構光模式、線(xiàn)結構光模式、多線(xiàn)結構光模式和網(wǎng)格結構光模式。線(xiàn)結構光模式復雜度低、信息量大，應用最為廣泛。下圖為線(xiàn)結構光打在標定板和被測物體的光條圖像。
3、 選型原則、精度分析
結構光視覺(jué)傳感器的測量精度受諸多因素的影響，如攝像機本身的光學(xué)物理參數、光學(xué)投射器特征參數、傳感器本身的結構參數及外界干擾源等等。在攝像機、光學(xué)投射測量環(huán)境一定的情況下，測量系統的結構參數對測量精度影響很大。實(shí)驗和相關(guān)理論推導表明，測量點(diǎn)的定位誤差和系統結構相關(guān)性如下：
1）攝像機光軸和光平面垂直時(shí)，深度方向的測量誤差最小。
2）攝像機與光學(xué)投射器距離越遠，測量誤差越小。
3）攝像機鏡頭放大倍率越小，測量誤差越??；這也表面被測物體離攝像機越遠測量誤差越大。
當系統的幾何結構確定以后，攝像機的參數對系統的測量精度至關(guān)重要。逐行掃描的CCD相機的動(dòng)態(tài)范圍大、噪聲小、沒(méi)有奇偶行場(chǎng)頻接誤差，非常適合測量的應用。相機的分辨率越高、動(dòng)態(tài)范圍越大，測量的精度就越高。一個(gè)典型的測量系統是：采用丹麥JAI公司百萬(wàn)象素級的CV-A1相機、日本Computar 公司的16 mm焦距鏡頭、加拿大StockerYale公司生產(chǎn)的Lasiris激光投射器。具體產(chǎn)品參數如下：
1) CV-A1相機：1/2”靶面，1380*1035象素，逐行掃描，幀速16fps，模擬輸出，靈敏度0.3Lux
2) M1614-MP鏡頭：C接口，焦距16mm， F數1.4
3) PC2-Vision圖像采集卡：加拿大CORECO公司生產(chǎn)的模擬采集卡，可同時(shí)接6部黑白相機或者2部RGB彩色相機。