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3D測量技術拓展

來源: 作者:admin 點擊:178

雙高速相機系統通常通過預先標定,能夠獲得更加精確的3D數據。通過三角測量技術,能夠獲得精確的3D點云數據,這個過程中,確認一個高速相機成像中的像素點在另一個高速相機中的對應位置尤為重要。這個問題也可以通過其他方法解決。Point Grey (灰點)提供了一種軟件,它首先矯正每一對立體圖像,消除鏡頭畸變。隨后,通過一個拉普拉斯濾波器檢測兩幅圖像的邊緣,通過圖像差分絕對值求和的算法尋找圖像對的對應像素點。一旦確定了這些,就可以使用三角法來生成場景的視差圖(圖1)


直接利用相機軟件可生成視差圖

圖一: 直接利用相機軟件可生成視差圖


運動成像:

正如雙高速相機系統可以生成視差圖,單高速相機系統也可以通過運動成像技術(SfM: stereo from motion)生成深度圖像。在這里,從一個高速攝像頭拍攝的圖像在一個位置上的對應關系進行了比較,從另一個位置和圖像之間的對應關系。

首先使用特征檢測器檢測兩幅圖像或多幅圖像間的特征點,如尺度不變特征變換(SIFT : Scale-invariant feature transform),加速魯棒性特征(SURF: Speeded Up Robust Features)或光流技術。一旦找到特征點,可以通過盧卡斯奏跟蹤器和特征軌跡提取跟蹤特征點,重構高速攝像機運動模式及其三維位置。這種單高速相機3D模型可以應用在小型無人機上,將圖像數據記錄到它的板上的微SD卡上,然后再進行數據處理,以重建場景的三維模型。

陰影成像:

運動成像并不是單高速相機3D重構的唯一技術。在陰影成像技術中,光線從不同方向照向被測物,采用單相機進行拍攝多幅圖像。通過比較這些圖像的陰影差異,通過被照明物體的表面方向及紋理,可以獲取物體表面深度圖。

Keyence公司將這種技術應用到LumiTrax系統中,該系統從多個方向照明并拍攝被測物,通過不同圖像間每個像素光強度的變化拆分物體的形狀及紋理。


 利用陰影進行3D成像

圖2: 利用陰影進行3D成像

結構光:

正如立體高速相機成像系統依賴激光三角測量方法獲取3D數據,高速相機也可以依賴結構光獲取3D數據:一條窄帶光被投射到三維物體表面,高速相機從另一個角度拍攝,可以獲得一條扭曲的線,分析這條線的形狀可以重構物體表面的三維信息。

目前,科天健將這項技術運用到了針腳檢測、鐵軌軌廓測量、道釘檢測等項目中,并且能夠提供一套集成化的高速三維測量方案,能夠廣泛應用于物體高精度的三維檢測中,如物體表面異物檢測、3D重構、物體尺寸檢測等應用領域。



圖3: 結構光3D檢測: 鐵軌軌廓檢測及工件表面輪廓檢測

低紋理:

盡管被動的立體視覺技術被廣泛應用到機器人應用中,在一些低紋理區域立體匹配仍然會失敗。為了克服這個缺點,一些廠商會在被測物表面投射結構光,為立體視覺額匹配提供參考點,實現更加精確的三維重構。

例如,在Tordivel的Scorpion 3D 檢測系統采用830nm的近紅外光和660nm的紅光投射到被測物表面,從而為立體匹配提供參考特征。

條紋投影:

數字條紋投影儀投影了一組相移正弦條紋到被測物表面,用相機拍攝這組條紋的反射光,條紋呈現扭曲狀態。通過這些數字條紋可以直接生成三維點云。

飛行時間:

3D飛行時間相機(TOF: 3D time-of-flight)采用脈沖光源或者連續調制波投射在被測物上。在脈沖光模式下,通過測量發射光和發射光之間的間隔時間可以計算深度信息。在連續波模式下,光源和反射光之間的相移以及距離被測物體的距離可以計算深度信息。

今天,一些公司已經開發出基于這些技術的產品,包括面陣列探測器,讓距離和圖像強度信息同時被捕獲。例如,在real.iz-1k-vs視覺系統中,脈沖反射光被一個1280×1024的CMOS成像器捕獲。Balser tof-6m TOF相機采用近紅外脈沖LED照射被測物,使用松下640×480 CCD成像儀拍攝了捕獲二維圖像并進行深度計算得到三維圖像。


Bluetechnix的Argos 3D-P100 3-D相機采用近紅外光照射,以160fps幀率160x120像素接收被測物深度信息

圖4: Bluetechnix的Argos 3D-P100 3-D相機采用近紅外光照射,以160fps幀率160x120像素接收被測物深度信息。