三维图像获取

《三维图像获取》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、从平面到立体——三维图像获取技术及其应用视觉与图像系统事业部金刚1.二维图像与三维图像我们生活在一个三维的立体世界中，而目前广泛应用、为人们熟知的“图像”实际是真实的三维世界在二维平面上的映射，这其中包含了大量的信息损失。随着现代计算机技术的飞速发展，计算机图形图象处理、辅助设计、多媒体技术越来越广泛深入地应用于工业、国防、医学、影视业、广告等各个领域，对“三维图像”的需求越来越大，人们经常需要能迅速地获得物体表面的立体信息和色彩信息，将其转变成计算机能直接处理的数据。工业界要求能快速地测量物体

2、表面的三维坐标；影视界需要将演员道具等的立体色彩模型输入计算机，才能进行三维动画特技处理；游戏娱乐业需要在虚拟场景中放置逼真的三维彩色模型；整形外科专家需要知道人体骨骼、肢体的尺寸，以便于手术；科研工作者需要快速获得大量的三维数据，用于三维彩色图象信息处理、三维物体识别的研究„„这些需求，都需要我们将传统的二维图像技术拓展到三维图像获取与处理。三维图像，又被称为立体图像、深度图像、三维数字化模型，它与传统的平面图像有很大的区别。传统的平面图像可以看作是二维空间中的亮度分布，它是由真实三维世界在二

3、维图像平面上投影而得到的。而三维图像，则包含了真实对象表面三维坐标和灰度（色彩）的完整信息，从中可以得到物体表面每个采样点的三维空间坐标。图1平面图像图2三维图像2.常用的三维图像获取技术获取真实对象的三维图像关键在于获取物体表面采样点的立体坐标，尤其是深度数据，相对于传统的镜头＋相机装置，需要一些特殊的技术。实现这类功能的设备，有三维扫描仪（3DScanner）、三维数字化仪（3DDigitizer）、深度传感器（RangeSensor）、自动抄数机、三维测量仪等多种名称。三维图像获取技术多种

4、多样，从应用目的来说，有单点三维坐标测量（测距）、面形测量（点云－3D数字模型－CAD模型）、外表面完全测量（点云－3D数字模型－CAD模型）、内部结构测量、大视场三维测量等。从技术实现模式上来说，又可以分为主动式、被动式，也可分为接触式、非接触式。CMM接触式多关节测量臂结构光编码光计算机视觉立体视觉非接触式全息干涉ShapefromMotion莫尔法Shapefromcontours聚焦法单目视觉雷达法图3常用三维图像获取方法分类上述都是获取物体外表面三维图像的技术，还有一类是能获得物体内部

5、三维结构的技术，如CT、层切分析等。目前，在三维图像获取领域，基于计算机视觉的方法是主流技术，主要包括结构光（编码光）方法和立体视觉两大类。(1)基于计算机视觉的方法立体视觉法立体视觉法基于计算机视觉最基本的相机模型，通过不同位置的相机对同一目标拍摄的两幅或多幅图像，组成立体象对。在事先标定好相机内外参数的前提下，根据三角测量原理，利用对应点的视差来计算视野范围内的立体信息。空间点图像点图4立体视觉法原理立体视觉直接模拟人类双眼处理景物的方式，能一次获得视野范围内的深度信息，受物体表面反射特性

6、影响小，不接触物体，不需要附加光源，成本较低，且对于使用环境要求较宽松，测量范围宽，既可获取小范围的三维信息，也可用于大范围的测量，可靠简便，在许多领域均极具应用价值，如机器人视觉感知系统、物体表面三维坐标测量、系统的位姿检测与控制、导航、航测、三维测量学等。除双目立体视觉外，发展了三目甚至多目立体视觉系统。这种方法存在遮挡等问题，最困难的是当物体表面图案单一时，很难找到足够致密的对应点。结构光和编码光方法结构光测距是一种即利用图象又利用可控光源的测距技术。结构光从光源的几何形状上说有点状、条

7、状、网状等许多种，可以采用激光或白光。其基本思想是利用照明光源中的几何信息帮助提取景物中的几何信息。例如，利用光平面照射在物体表面产生光条纹，在拍摄的图象中检测出这些条纹，它们的形态和间断性，反映了物体表面的形状信息，在经过装置定标后，可以计算出被光照射的点的三维坐标。配合机械扫描运动，可以获得物体表面各点的坐标。光条纹光条纹光光条光光平纹平条面的面纹图的象图象摄得的图象摄得的图象摄象机摄象机结构光源结构光源(a)(b)图5结构光示意编码光方法所用的计算模型与结构光类似，但通过时间、空间、彩色编

8、码的光源帮助来确定物体表面的空间位置。图6编码光方法这种方法的突出优点是可以减少计算的复杂性，扫描速度快，量测精度高，特别适用于室内环境下，物体表面反射情况比较好的场合。这是目前最流行三维图像获取技术，有不少商品化的产品问世。图7基于计算机视觉技术的三维图像获取产品该方法的缺点是受物体表面反射特性影响较大，还可能受遮挡的影响。为解决遮挡的问题，发展了双相机结构光系统、多方位扫描等方法。(2)其它方法接触法这种方法用可以精确定位的探针去逐点接触物体表面，测得被接触点的空间坐标。探针在物体表面扫描