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3D传感的用途与3D结构光的学术

  • 2018-01-02

    3D视觉传感器(3D传感)具有广泛的用途,比如多媒体手机、网络摄像、数码相机、机器人视觉导航、汽车安全系统、生物医学像素分析、人机界面、虚拟现实、监控、工业检测、无线远距离传感、显微镜技术、天文观察、海洋自主导航、科学仪器等等。这些不同的应用均是基于3D视觉图像传感器技术。特别是3D影像技术在工业控制、汽车自主导航中具有急迫的应用。

3D传感

    视觉传感技术是传感技术七大类中的一个,作为数字图像处理的核心部件,随着新材料、3D打印和人工智能等技术的突破,未来将会在更多领域大放异彩。如何选择机器视觉传感器,在当代的应用可谓是越来越广泛,如何选择机器视觉传感器是值得我们好好学习的,现在我们就深入了解如何选择机器视觉传感器。

    视觉传感器是指:通过对摄像机拍摄到的图像进行图像处理,来计算对象物的特征量(面积、重心、长度、位置等),并输出数据和判断结果的传感器。视觉传感器是整个机器视觉系统信息的直接来源,主要由一个或者两个图形传感器组成,有时还要配以光投射器及其他辅助设备。视觉传感器的主要功能是获取足够的机器视觉系统要处理的最原始图像。图像传感器可以使用激光扫描器、线阵和面阵CCD摄像机或者TV摄像机,也可以是最新出现的数字摄像机等。

    结构光

    结构光是3D扫描的一个光学方法(3D结构光),它投射出一组用数学方法构造的光图形,按照一定顺序照亮被测量的物体。一个到投影仪的距离已知的摄像头同步捕捉一组被照亮物体的图像。相对于用于校准的平面基准表面,摄像头看到的图形被经扫描物体的表面形状所扭曲。几何三角剖分的原理使得计算被扫描物体表面上每个点的XYZ坐标成为可能。然后,获得的点云数据用于被扫描物体表面详细3D模型的计算构造。

    随着很多全新技术的涌现,人们越来越需要用3D方法来表示现实世界中的物体。特别是机器视觉和机器人技术,它们都得益于精确和自适应的3D捕捉功能。其它针对3D扫描的应用包括生物识别、安防、工业检查、质量控制、医疗、牙科和原型设计。

    3D扫描是提取一个物体的表面和物理测量,并用数字的方式将其表示出来。这些数据被采集为一个由X,Y和Z坐标(表示物体外部表面)组成的点云。对于一个3D扫描的分析可以确定被扫描物体的表面积、体积、表面形状、外形和特征尺寸。一个3D扫描仪需要一个探针来确定到物体表面上每一个点的距离。理论上,这个探针可以是一个触觉(物理接触)探针。然而,很多应用需要非接触式测量。只使用光照来探测感兴趣物体的光学技术提出了针对这个问题的解决方案。其中一个方法至少采用2个摄像头来提供立体感视觉技术,它对于计算的要求通常比较严格,并且对于环境光照条件很敏感。另外一个方法采用结构照明图形,它只需一个投影仪(用于生成光图形)以及一个单摄像头和计算能力中等的算法。


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