整理：Tom Hardy

注1：文末附有【三維重建】交流群加入方式哦~

注2：視覺三維重建系統教程及實現

結構光投影三維成像目前是機器人3D 視覺感知的主要方式，結構光成像系統是由若干個投影儀和 相機組成， 常用的結構形式有： 單投影儀-單相機、單投影儀-雙相機 、單投影儀-多相機、單相機-雙投影 儀和單相機-多投影儀等典型結構形式。

結構光投影三維成像的基本工作原理是：投影儀向目標物體投射特定的結構光照明圖案，由相機攝取被目標調製後的影象，再透過影象處理和視覺模型求出目標物體的三維資訊。 常用的投影儀主要有下列幾種型別：液晶投影（LCD）、數字光調製投影（DLP）［如數字微鏡器件 （DMD）］、鐳射 LED圖案直接投影。 根據結構光投影次數劃分，結構光投影三維成像可以分成單次投影3D和多次投影3D方法。

按照掃描方式又可分為：線掃描結構光、面陣結構光

參考連結：

https：//

zhuanlan。zhihu。com/p/29

971801

結構光三維表面成像：綜述（一）

結構光三維表面成像：綜述（二）

結構光三維表面成像：綜述（三）

綜述

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https：//

github。com/nikolaseu/th

esis

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單次投影成像

單次投影結構光主要採用空間複用編碼和頻率複用編碼形式實現 ，常用的編碼形式有：彩色編碼 、灰度索引、 幾何形狀編碼和隨機斑點。 目前在機器人手眼系統應用中，對於三維測量精度要求不高的場合，如碼垛、拆垛、三維抓取等，比較受歡迎的是投射偽隨機斑點獲得目標三維資訊 。

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多次投影成像

多次投影3D方法主要採用時間複用編碼方式實現，常用的圖案編碼形式有：二進位制編碼、多頻相移編碼和混合編碼法（如格雷碼＋相移條紋）等。

但是格雷碼方法僅能在投射空間內進行離散的劃分，空間解析度受到成像器件的限制。 為了提高空間解析度，需要增加投影條紋幅數，投射條紋寬度更小的格雷碼條紋圖，但條紋寬度過小會導致格雷碼條紋的邊緣效應，從而引 起解碼誤差。

正弦光柵條紋投影克服了格雷碼空間離散劃分的缺點，成為使用率最高的結構光型別之一。 眾所周知，對於複雜外形，如有空洞、階梯、遮擋等，採用正弦單頻相移法條紋投影時，存在相位解包裹難題。另外為了能夠從系列條紋圖中求出相位絕對值，需要在條紋中插入特徵點，比如一個點、一條線作為參考相位點，但是這些點或線特徵標誌有可能投影在物體的遮擋或陰影區域，或受到環境光等干擾等，發生丟失，影響測量結果的準確性。 因此，對於複雜輪廓的物體，常採用多頻相移技術。

三維重建的格雷碼-相移光編碼技術研究

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Overview of the 3D profilometry of phase shifting fringe projection

Temporal phase unwrapping algorithms for fringe projection profilometry：a comparative review

A multi-frequency inverse-phase error compensation method for projectornon linear in3D shape measurement

偏折法成像

對於粗糙表面，結構光可以直接投射到物體表面進行視覺成像測量；但對於大反射率光滑表面和鏡面物體3D 測量，結構光投影不能直接投射到被測表面，3D測量還需要藉助鏡面偏折技術 。

Principles of shape from specular reflection

Deflectometry： 3D-metrology from nanometer to meter

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Three-dimensional shape measurements of specular objects using phase-measuring deflectometry

由於單次投影曝光和測量時間短，抗振動效能好，適合運動物體的3D測量，如機器人實時運動引導，手眼機器人對生產線上連續運動產品進行抓取等操作。 但深度垂直方向上的空間解析度受到目標視場、鏡頭倍率和相機畫素等因素的影響，大視場情況下不容易提升。

多次投影方法（如多頻條紋方法）具有較高空間解析度，能有效地解決表面斜率階躍變化和空洞等難題。 不足之處在於：

對於連續相移投影方法，3D重構的精度容易受到投影儀、相機的非線性和環境變化的影響；

抗振動效能差，不合適測量連續運動的物體；

在Eye-in-Hand視覺導引系統中，機械臂不易在連續運動時進行3D成像和引導；

實時性差，不過隨著投影儀投射頻率和CCD/CMOS影象感測器採集速度的提高，多次投影方法實時3D 成像的效能也在逐步改進；

偏折法對於複雜面型的測量，通常需要藉助多次投影方法，因此具有多次投影方法相同的缺點。另外偏折法對曲率變化大的表面測量有一定的難度，因為條紋偏折後的反射角的變化率是被測表面曲率變化率的２倍，因此對被測物體表面的曲率變化比較敏感，很容易產生遮擋難題。

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Code

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github。com/jakobwilm/sl

studio

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github。com/phreax/struc

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github。com/nikolaseu/ne

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