3D結(jié)構(gòu)光相關(guān)知識總結(jié)

1. 點(diǎn)結(jié)構(gòu)光的缺點(diǎn)

點(diǎn)結(jié)構(gòu)光只能獲取單個(gè)點(diǎn)的深度信息，如要獲取整個(gè)被測對象表面結(jié)構(gòu)信息，需要沿著水平和垂直兩個(gè)方向逐點(diǎn)掃描，效率比較低。點(diǎn)結(jié)構(gòu)光技術(shù)只是對點(diǎn)狀光斑進(jìn)行處理，算法簡單，計(jì)算復(fù)雜度小，但是需要引入掃描移動設(shè)備，以保證點(diǎn)光斑的遍歷掃描，使得系統(tǒng)效率低下，難以滿足實(shí)時(shí)性要求。

2. 線結(jié)構(gòu)光的缺點(diǎn)

如果被測物體表面形貌復(fù)雜，曲率變化較大，就有可能造成相機(jī)視野范圍丟失了線結(jié)構(gòu)光光條信息，導(dǎo)致最終三維測量數(shù)據(jù)不完整。

3. 多線式結(jié)構(gòu)光的缺點(diǎn)

這種方法檢測價(jià)格貴，安裝體積大，多傳感器之間需要通訊，對上位機(jī)的硬件要求高，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性有所降低。

4. 相移法的缺點(diǎn)

相移法是屬于一種優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都極為顯著的方法，優(yōu)點(diǎn)是，通過相移解相位的方法，犧牲了時(shí)間(多幅條紋投影)，以粗的條紋獲得了細(xì)的分辨率，缺點(diǎn)是正弦條紋極易被干擾，這就導(dǎo)致了相位圖失真，CCD像素和投影面像素的一一對應(yīng)性被破壞。

5. 雙目結(jié)構(gòu)光

采用雙目結(jié)構(gòu)光是考慮到傳統(tǒng)的單目結(jié)構(gòu)光容易受光照的影響，在室外環(huán)境下，如果是晴天，激光器發(fā)出的編碼光斑容易太陽光淹沒掉，只有在陰天情況下勉強(qiáng)能用。而雙目結(jié)構(gòu)光可以在室內(nèi)環(huán)境下使用結(jié)構(gòu)光測量深度信息，在室外光照導(dǎo)致結(jié)構(gòu)光失效的情況下轉(zhuǎn)為純雙目的方式，其抗環(huán)境干擾能力、可靠性更強(qiáng)，深度圖質(zhì)量有更大提升空間。

此外，結(jié)構(gòu)光方案中的激光器壽命較短，難以滿足7*24小時(shí)的長時(shí)間工作要求，其長時(shí)間連續(xù)工作很容易損壞。因?yàn)閱文跨R頭和激光器需要進(jìn)行精確的標(biāo)定，一旦損壞，替換激光器時(shí)重新進(jìn)行兩者的標(biāo)定是非常困難的，所以往往導(dǎo)致整個(gè)模塊都要一起被換掉;而使用雙目結(jié)構(gòu)光的方式，其標(biāo)定與激光器無關(guān)，替換起來就比較簡單。

6. 結(jié)構(gòu)光，雙目和TOF對比

結(jié)構(gòu)光(散斑)

優(yōu)點(diǎn)：

1) 方案成熟，相機(jī)基線可以做的比較小，方便小型化。

2) 資源消耗較低，單幀IR 圖就可計(jì)算出深度圖，功耗低。

3) 主動光源，夜晚也可使用。

4) 在一定范圍內(nèi)精度高，分辨率高，分辨率可達(dá)1280x1024,幀率可達(dá)60FPS

缺點(diǎn)：

1) 容易受環(huán)境光干擾，室外體驗(yàn)差。

2) 隨檢測距離增加，精度會變差。

雙目

優(yōu)點(diǎn)：

1)硬件要求低，成本也低。普通CMOS 相機(jī)即可。

2)室內(nèi)外都適用。只要光線合適，不要太昏暗。

缺點(diǎn)：

1)對環(huán)境光照非常敏感。光線變化導(dǎo)致圖像偏差大，進(jìn)而會導(dǎo)致匹配失敗或精度低。

2)不適用單調(diào)缺乏紋理的場景。雙目視覺根據(jù)視覺特征進(jìn)行圖像匹配，沒有特征會導(dǎo)致匹配失敗。

3)計(jì)算復(fù)雜度高。該方法是純視覺的方法，對算法要求高，計(jì)算量較大。

4)基線限制了測量范圍。測量范圍和基線(兩個(gè)攝像頭間距)成正比，導(dǎo)致無法小型化。

TOF

優(yōu)點(diǎn)：

1)檢測距離遠(yuǎn)。在激光能量夠的情況下可達(dá)幾十米。

2)受環(huán)境光干擾比較小。

缺點(diǎn)

1)對設(shè)備要求高，特別是時(shí)間測量模塊。

2)資源消耗大。該方案在檢測相位偏移時(shí)需要多次采樣積分，運(yùn)算量大。

3)邊緣精度低。

4)限于資源消耗和濾波，幀率和分辨率都沒辦法做到較高。目前消費(fèi)類最大也就VGA。

7. 激光測量法的缺點(diǎn)

該方法需要逐點(diǎn)掃描，對設(shè)備要求比較高且比較耗時(shí)，數(shù)據(jù)獲取效率低。測量過程需要一維掃描，增加了裝置復(fù)雜性，成本增加，另外，掃描過程使成像的時(shí)間大大增加，因此，該方法效率較低。

8. 飛行時(shí)間法的缺點(diǎn)(典型代表:激光雷達(dá))

飛行時(shí)間法要想得到很高的測量精度，相應(yīng)地會對信號處理系統(tǒng)的時(shí)間分辨率有極高的要求。系統(tǒng)復(fù)雜，成本較高。

審核編輯：湯梓紅