3D相機獲取點雲信息的幾種方法

正文

在計算機中, 圖像由一個(ge) 個(ge) 像素點組成。圖像數據存儲(chu) 在每一個(ge) 像素點中，每一個(ge) 像素點包含了被測物體(ti) 的信息。除了常見的RGB信息

或者灰度信息以外，還可以包含深度信息和坐標等其它信息。在某個(ge) 坐標係下的點的數據集又被稱為(wei) 點雲(yun) 。點雲(yun) 裏的每一個(ge) 點包含了豐(feng)

富的信息，包括三維坐標X，Y，Z、顏色、分類值、強度值、時間等等。通過高精度的點雲(yun) 數據可以還原現實世界。

大多數點雲(yun) 數據是由3D掃描設備產(chan) 生的，例如激光雷達(2D/3D)、RGB雙目、3D結構光相機、tof相機(time-of-flight camera)等。這些

設備用自動化的方式測量在物體(ti) 表麵的大量的點的信息，然後用某種數據文件輸出點雲(yun) 數據。這些點雲(yun) 數據就是掃描設備所采集到的。

激光雷達是一種集激光掃描與(yu) 定位定姿係統於(yu) 一身的測量裝備，激光雷達係統包括激光器和一個(ge) 接收係統。激光器產(chan) 生並發射一束光脈

衝(chong) ，打在物體(ti) 上並反射回來，最終被接收器所接收。接收器準確地測量光脈衝(chong) 從(cong) 發射到被反射回的傳(chuan) 播時間。鑒於(yu) 光速是已知的，傳(chuan) 播

時間即可被轉換為(wei) 對距離的測量。結合激光器的高度，激光掃描角度，就可以準確地計算出每一個(ge) 地麵光斑的三維坐標X，Y，Z，如圖

所示。

RGB雙目指的是目前大家都在熱點研究的，僅(jin) 依靠雙相機的視差獲取深度信息的方式。RGB雙目相機因為(wei) 非常依賴純圖像特征匹配，

所以在光照較暗或者過度曝光的情況下效果都非常差，另外如果被測場景本身缺乏紋理，也很難進行特征提取和匹配。

根據幾何原理：

可以得出坐標信息。

雖然由視差計算深度的公式很簡潔，但視差d本身的計算卻比較困難。我們(men) 需要確切地知道左眼圖像某個(ge) 像素出現在右眼圖像的哪一個(ge)

位置（即對應關(guan) 係），這件事亦屬於(yu) “人類覺得容易而計算機覺得困難”的事務。當我們(men) 想計算每個(ge) 像素的深度時，其計算量與(yu) 精度都將

成為(wei) 問題，而且隻有在圖像紋理變化豐(feng) 富的地方才能計算視差。由於(yu) 計算量的原因，雙目深度估計仍需要使用GPU或FPGA來計算。

結構光利用相位信息進行三維重建，主要包括解相位和展開相位，利用展開的相位計算深度信息。解相位，也稱為(wei) 相位提取，主要包括

相移法，傅裏葉變換解相，卷積法解相。這些方法所提取的是相對相位，即相位主值，都是折疊相位，是被折疊在[-pi，pi]之間的，需

要相位展開才能得到真實的相位。從(cong) 大的分類上說，主要有時間相位展開和空間相位展開。

利用結構光技術的重建過程中，又分為(wei) 兩(liang) 類，一類是有參考平麵，一類是沒有參考平麵。

有參考平麵的係統中，隻要求出參考平麵和被測物體(ti) 的相對相位差，利用PMP（相位測量輪廓法）方法即可求得深度信息。如下圖：

如果利用Gray編碼加相移算法與(yu) 多頻外差原理展開得到的是像素點位置的絕對相位值，則利用下麵的方法進行求解深度信息。

一個(ge) ccd 隻可以確定一條空間直線，需要確定投影儀(yi) 的灰度線平麵，共同匹配出的點的三維坐標。采集的圖像解相後，可根據 CCD

 的絕對相位值可以求得投影儀(yi) 對應的絕對相位值為(wei) ：

TOF是Time of flight的簡寫(xie) ，直譯為(wei) 飛行時間的意思。所謂飛行時間法3D成像，是通過給目標連續發送光脈衝(chong) ，然後用傳(chuan) 感器接收從(cong)

物體(ti) 返回的光，通過探測光脈衝(chong) 的飛行（往返）時間來得到目標物距離。這種技術跟3D激光傳(chuan) 感器原理基本類似，隻不過3D激光傳(chuan) 感

器是逐點掃描，而TOF相機則是同時得到整幅圖像的深度信息。TOF相機與(yu) 普通機器視覺成像過程也有類似之處，都是由光源、光學部

件、傳(chuan) 感器、控製電路以及處理電路等幾部單元組成。與(yu) 同屬於(yu) 非嵌入式三維探測、適用領域非常類似的雙目測量係統相比，TOF相機

具有根本不同的3D成像機理。雙目立體(ti) 測量通過左右立體(ti) 像對匹配後，再經過三角測量法來進行立體(ti) 探測，而TOF相機是通過入、反

射光探測來獲取的目標距離獲取。

以上為(wei) 對幾種點雲(yun) 信息獲取方式的介紹。

您可以通過我們(men) 的官方網站了解更多的国产欧美在线信息，或直接來電谘詢4006-888-532。