一文詳解雙目結構光重建原理和視場(chǎng)

通常，雙目結構光掃描儀采用兩臺型號完全相同的相機，并且呈對稱(chēng)布置，投影儀放置在中間，假設它們處在同一水平線(xiàn)，如下圖所示：

圖1 雙目測距模型

其中：

• 成像面尺寸：、成像焦距：
• 傳感器坐標系：成像面中心  為原點(diǎn)，連接線(xiàn)方向為  軸，連線(xiàn)的中垂線(xiàn)為  軸
• 相機坐標系：以  各自為原點(diǎn)，建立坐標系，兩個(gè)坐標系之間的距離為
• 兩個(gè)CCD光軸共面，且位于  平面內，兩光軸的夾角均為
• 物體待測點(diǎn)：，在兩臺相機上的成像點(diǎn)分別為：
•  在各自相機坐標系下坐標為： 和

坐標軸變換

坐標軸發(fā)生旋轉：

其中： 為變換后的坐標。

假如把坐標系換成各自的相機坐標系，則物點(diǎn)  在  的成像，先發(fā)生平移：

再發(fā)生旋轉：

定義：

于是：

推導過(guò)程：

同樣，對于CCD2：

可以得到：

于是物點(diǎn)  在  1、2上的坐標分別為：

從相機視角：

圖2 單目模型

顯然有以下三角關(guān)系：

將上面的公式聯(lián)立，可得：

其中： 都是可以由CCD相機獲得，而 、、 都可以由標定獲得。最終，三維坐標 可以由上述公式計算獲得。

最好的情況，兩臺CCD相機和投影儀的靶面都最大限度地利用。其有效視場(chǎng)可以簡(jiǎn)化為以下模型：

圖3 有效視場(chǎng)分析

如圖3.2所示， 為CCD相機的視場(chǎng)角，在雙CCD相機傳感器的有效視場(chǎng)內做內切圓，顯然內切圓的半徑可以用來(lái)衡量視場(chǎng)的大小，其中：