結(jié)構(gòu)光是從已知角度將某種特定光圖案（如平面、網(wǎng)格或更復(fù)雜的形狀）投射到物體上形成的投影，多用于視覺測量。最常使用的光圖案(light pattern)是由某一光束沿扇面展開后形成的一面光（a sheet-of-light），當(dāng)這面光與物體相交時(shí)就會(huì)在物體表面形成一條可見的亮線。從某已知角度來觀測這條亮線的圖像,根據(jù)看到的該線的扭曲變形情況就能計(jì)算出物體表面的高度變化。

結(jié)構(gòu)光的作用

投射特定的光信息到物體，根據(jù)物體造成的光信號的變化來計(jì)算物體的位置和深度等信息，獲取物體的三維信息。

結(jié)構(gòu)光的測量原理

結(jié)構(gòu)光測量屬于主動(dòng)光學(xué)測量，通常以某種形狀的結(jié)構(gòu)光投射到物體表面，通過檢測結(jié)構(gòu)光偏移距離得到物體的三維信息。通常的結(jié)構(gòu)光光源有激光和投影儀投射光，激光光源具有高亮度和良好的方向性，是一種理想的投射光源。

在結(jié)構(gòu)光激光測量中，為了獲取物體的三維信息，一般都會(huì)使用三角定位原理，其基本思想是利用結(jié)構(gòu)光照明中的幾何信息幫助提供景物中的幾何信息。根據(jù)相機(jī)、結(jié)構(gòu)光和物體之間的幾何關(guān)系，來確定物體的三維信息，下圖為三角測量的原理圖。

結(jié)構(gòu)光三角測量原理圖

如上圖所示，圖中顯示了3個(gè)坐標(biāo)系，分別為相機(jī)坐標(biāo)系OCXCYC、圖像坐標(biāo)系oxy和世界坐標(biāo)系OwXwYw。圖像坐標(biāo)系與相機(jī)坐標(biāo)系原點(diǎn)之間的距離為焦距f，圖像坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系原點(diǎn)之間的距離為l。結(jié)構(gòu)光平面與相機(jī)光軸夾角為a，取世界坐標(biāo)系的原點(diǎn)位于相機(jī)光軸與結(jié)構(gòu)光平面的交點(diǎn)，Xw軸和Yw軸分別與相機(jī)坐標(biāo)系XC和YC軸平行，ZW與ZC軸重合，但方向相反，則世界坐標(biāo)系與相機(jī)坐標(biāo)系有如下關(guān)系： 設(shè)世界坐標(biāo)系中的一點(diǎn)A的像為A’，則根據(jù)相似三角形原理，有：

在世界坐標(biāo)系中，結(jié)構(gòu)光平面的方程為：Xw = ZWtga

聯(lián)立以上兩式，可得到：

又由于在像素坐標(biāo)系ouv中，每一像素的坐標(biāo)（u，v）分別是該像素在圖像矩陣中的行數(shù)與列數(shù)，（u，v）是像點(diǎn)在像素坐標(biāo)系中以像素為單位的坐標(biāo)。根據(jù)像點(diǎn)在像平面上的物理位置，建立以物理單位表示的圖像平面二維坐標(biāo)系oxy，該坐標(biāo)系x軸和y軸分別與u軸和v軸平行，原點(diǎn)為相機(jī)光軸與像平面的交點(diǎn)，一般位于圖像中心，但在實(shí)際情況下會(huì)有小的偏移，在ouv中的坐標(biāo)記為（u0，v0），也稱為主點(diǎn)坐標(biāo)。圖像中任意一個(gè)像素在兩個(gè)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)采用齊次坐標(biāo)和矩陣式表示，有如下關(guān)系：

上式的逆關(guān)系為：

可以得到像素點(diǎn)-世界坐標(biāo)點(diǎn)之間的對應(yīng)關(guān)系為：

審核編輯：黃飛

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