3D相機獲取點云信息的幾種方法

正文

在計算機中, 圖像由一個個像素點組成始花。圖像數(shù)據(jù)存儲在每一個像素點中，每一個像素點包含了被測物體的信息孩锡。除了常見的RGB信息

或者灰度信息以外酷宵，還可以包含深度信息和坐標(biāo)等其它信息。在某個坐標(biāo)系下的點的數(shù)據(jù)集又被稱為點云躬窜。點云里的每一個點包含了豐

富的信息浇垦，包括三維坐標(biāo)X，Y斩披，Z溜族、顏色、分類值垦沉、強度值煌抒、時間等等。通過高精度的點云數(shù)據(jù)可以還原現(xiàn)實世界厕倍。

大多數(shù)點云數(shù)據(jù)是由3D掃描設(shè)備產(chǎn)生的寡壮，例如激光雷達(dá)(2D/3D)、RGB雙目讹弯、3D結(jié)構(gòu)光相機况既、tof相機(time-of-flight camera)等。這些

設(shè)備用自動化的方式測量在物體表面的大量的點的信息组民，然后用某種數(shù)據(jù)文件輸出點云數(shù)據(jù)棒仍。這些點云數(shù)據(jù)就是掃描設(shè)備所采集到的。

激光雷達(dá)是一種集激光掃描與定位定姿系統(tǒng)于一身的測量裝備臭胜，激光雷達(dá)系統(tǒng)包括激光器和一個接收系統(tǒng)莫其。激光器產(chǎn)生并發(fā)射一束光脈

沖，打在物體上并反射回來耸三，最終被接收器所接收乱陡。接收器準(zhǔn)確地測量光脈沖從發(fā)射到被反射回的傳播時間。鑒于光速是已知的仪壮，傳播

時間即可被轉(zhuǎn)換為對距離的測量憨颠。結(jié)合激光器的高度，激光掃描角度积锅，就可以準(zhǔn)確地計算出每一個地面光斑的三維坐標(biāo)X爽彤，Y养盗，Z，如圖

所示淫茵。

RGB雙目指的是目前大家都在熱點研究的爪瓜，僅依靠雙相機的視差獲取深度信息的方式蹬跃。RGB雙目相機因為非常依賴純圖像特征匹配匙瘪，

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蝶缀，也很難進(jìn)行特征提取和匹配丹喻。

根據(jù)幾何原理：

可以得出坐標(biāo)信息。

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

位置（即對應(yīng)關(guān)系），這件事亦屬于“人類覺得容易而計算機覺得困難”的事務(wù)柄慰。當(dāng)我們想計算每個像素的深度時鳍悠，其計算量與精度都將

成為問題，而且只有在圖像紋理變化豐富的地方才能計算視差坐搔。由于計算量的原因藏研，雙目深度估計仍需要使用GPU或FPGA來計算。

結(jié)構(gòu)光利用相位信息進(jìn)行三維重建概行，主要包括解相位和展開相位蠢挡，利用展開的相位計算深度信息。解相位凳忙，也稱為相位提取业踏，主要包括

相移法，傅里葉變換解相涧卵，卷積法解相勤家。這些方法所提取的是相對相位，即相位主值柳恐，都是折疊相位伐脖，是被折疊在[-pi，pi]之間的胎撤，需

要相位展開才能得到真實的相位晓殊。從大的分類上說，主要有時間相位展開和空間相位展開伤提。

利用結(jié)構(gòu)光技術(shù)的重建過程中巫俺，又分為兩類，一類是有參考平面肿男，一類是沒有參考平面介汹。

有參考平面的系統(tǒng)中却嗡，只要求出參考平面和被測物體的相對相位差，利用PMP（相位測量輪廓法）方法即可求得深度信息嘹承。如下圖：

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

一個 ccd 只可以確定一條空間直線叹卷，需要確定投影儀的灰度線平面撼港，共同匹配出的點的三維坐標(biāo)。采集的圖像解相后骤竹，可根據(jù) CCD

 的絕對相位值可以求得投影儀對應(yīng)的絕對相位值為：

TOF是Time of flight的簡寫帝牡，直譯為飛行時間的意思。所謂飛行時間法3D成像蒙揣，是通過給目標(biāo)連續(xù)發(fā)送光脈沖靶溜，然后用傳感器接收從

物體返回的光，通過探測光脈沖的飛行（往返）時間來得到目標(biāo)物距離懒震。這種技術(shù)跟3D激光傳感器原理基本類似罩息，只不過3D激光傳感

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个扰。TOF相機與普通機器視覺成像過程也有類似之處瓷炮，都是由光源、光學(xué)部

件锨匆、傳感器崭别、控制電路以及處理電路等幾部單元組成。與同屬于非嵌入式三維探測恐锣、適用領(lǐng)域非常類似的雙目測量系統(tǒng)相比茅主，TOF相機

具有根本不同的3D成像機理。雙目立體測量通過左右立體像對匹配后土榴，再經(jīng)過三角測量法來進(jìn)行立體探測诀姚，而TOF相機是通過入、反

射光探測來獲取的目標(biāo)距離獲取玷禽。

以上為對幾種點云信息獲取方式的介紹赫段。

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