虚拟结构光三维扫描系统的研究与实现文献综述

 2022-08-19 10:07:14

一、文献综述

(一)国内外研究现状

在国外,基于结构光的重构技术研究比较超前。

上世纪70年代,will和Peningtond首次提出将结构光应用在物体三维信息测量中,其优良的性能立即引起了人们的广泛关注,各种对使用结构光进行三维测量的研宄也开始增多。最早提出的结构光方案是点结构光,而后发展出了线结构光,对于处理效率有了极大的提升。而在1981年,Posdamer 和Altschuler第一次提出基于二进制编码的投影图案策略,该方法利用 m 张投影图案,映射2m组像素点。Inokuchi等研究人员在二进制编码策略的基础上,提出基于格雷码的改进策略。格雷码的优点在于能够更好的抑制噪声。

结构光重构技术不仅仅在研究领域取得很大的成功,在实际生活中也获得了广泛应用,早在 80 年代,Cyberware公司就已经有商用的三维扫描仪投入使用,后续有众多便携式 3D 和手持式3D 数字扫描器也相继推出并投入使用,其在速度、精度和可操作性等方面都取得了比较好的成绩。1986年,德国的Breuckmann公司发布了第一台商用的结构光三维扫描仪。英国的 3D-SCANNES 开发的 Reversa 激光扫描测头,测量精度达 0.03mm。2000年前后,GOM公司推出了ATOS系列三维视觉测量仪,使得测量精度进一步提升,对测量环境的适应性也越来越强。日本 Roland 公司生产 LPX250 点激光扫描测量机,可完成旋转和平移扫描方式的测量,比较著名的还有日本美能达公司的 VIVID 便携三维测量系列等。微软公司的kinect3D技术适用于家用游戏机领域,同样获得了十分好的三维测量精度。

在国内,三维重构技术在国内起步较晚,但是在近些年也取得了长足的发展。

北京航空大学通过由相机和两个激光构成的独立探测头系统,成功实现了对冰形状的跟踪与重构工作。北京理工大学与哈尔滨理工大学提出了一种基于颜色格雷码实现亚像素级精度的条纹检测方法,极大提升了三维重构系统的精度。天津大学的研究人员提出了一种叫做波前重构的方法,能够精确重构出具有强反射平面的物体形状。中国科学院自动化研究所在其开发的三维重建系统中,实现了对立体图像的采集,校正,以及关键点匹配,之后进行表面三角化后形成了完整的三维物体模型。东南大学电子工程系提出了一种基于双目立体视觉的灰度相关多峰值视差绝对值极小化的立体匹配新方法,该方法对二维的不规则物体的三维空间状态实现了非接触的测量哈尔滨理工大学的研究人员,提出了一种新的相移编码策略,周期性的梯形相移图像,相比于传统的正弦相移编码策略,提高了测量的速度、准确性和采样密度,在 400mm 和 1100mm 之间的最大误差小于 0.6mm。天津大学研制了线结构光轮廓传感器,清华大学同样研制了一种基于线结构光的多用途传感器,该传感器对移动物体具有较好的重构效果,东南大学使用投影仪将光栅投影到物体上实现了三维物体影像的重建,天津世纪动力公司、绵阳铁牛科技有限公司和大恒图像等公司也都相继推出了自己的三维扫描仪。北京天远公司的 OKIO-II 型三维扫描仪产品,测量精度可以达到 0.03mm级别。我国在结构光三维重构领域已经取得了长足的发展,但是由于起步较迟,相对国外技术可能仍然存在一些落后的方面需要改进,国内的三维重构技术仍然需要一段时间的发展来缩小差距。

(二)研究主要成果

1.基于傅里叶条纹分析的三维成像方法

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