【光电智造】3D结构光问题总结

今日光电 2023-08-25 18:03

今日光电

有人说，20世纪是电的世纪，21世纪是光的世纪；知光解电，再小的个体都可以被赋能。欢迎来到今日光电！

----与智者为伍为创新赋能----

1. 点结构光的缺点

点结构光只能获取单个点的深度信息，如要获取整个被测对象表面结构信息，需要沿着水平和垂直两个方向逐点扫描，效率比较低。点结构光技术只是对点状光斑进行处理，算法简单，计算复杂度小，但是需要引入扫描移动设备，以保证点光斑的遍历扫描，使得系统效率低下，难以满足实时性要求。

2. 线结构光的缺点

如果被测物体表面形貌复杂，曲率变化较大，就有可能造成相机视野范围丢失了线结构光光条信息，导致最终三维测量数据不完整。

3. 多线式结构光的缺点

这种方法检测价格贵，安装体积大，多传感器之间需要通讯，对上位机的硬件要求高，系统的实时性有所降低。

4. 相移法的缺点

相移法是属于一种优点和缺点都极为显著的方法，优点是，通过相移解相位的方法，牺牲了时间（多幅条纹投影），以粗的条纹获得了细的分辨率，缺点是正弦条纹极易被干扰，这就导致了相位图失真，CCD像素和投影面像素的一一对应性被破坏。

5. 双目结构光

采用双目结构光是考虑到传统的单目结构光容易受光照的影响，在室外环境下，如果是晴天，激光器发出的编码光斑容易太阳光淹没掉，只有在阴天情况下勉强能用。而双目结构光可以在室内环境下使用结构光测量深度信息，在室外光照导致结构光失效的情况下转为纯双目的方式，其抗环境干扰能力、可靠性更强，深度图质量有更大提升空间。

此外，结构光方案中的激光器寿命较短，难以满足7*24小时的长时间工作要求，其长时间连续工作很容易损坏。因为单目镜头和激光器需要进行精确的标定，一旦损坏，替换激光器时重新进行两者的标定是非常困难的，所以往往导致整个模块都要一起被换掉；而使用双目结构光的方式，其标定与激光器无关，替换起来就比较简单。

6. 结构光，双目和TOF对比

结构光(散斑)
优点：
1）方案成熟，相机基线可以做的比较小，方便小型化。
2）资源消耗较低，单帧IR 图就可计算出深度图，功耗低。
3）主动光源，夜晚也可使用。
4）在一定范围内精度高，分辨率高，分辨率可达1280x1024,帧率可达60FPS
缺点：
1）容易受环境光干扰，室外体验差。
2）随检测距离增加，精度会变差。
双目
优点：
1）硬件要求低，成本也低。普通CMOS 相机即可。
2）室内外都适用。只要光线合适，不要太昏暗。
缺点：
1）对环境光照非常敏感。光线变化导致图像偏差大，进而会导致匹配失败或精度低。
2）不适用单调缺乏纹理的场景。双目视觉根据视觉特征进行图像匹配，没有特征会导致匹配失败。
3）计算复杂度高。该方法是纯视觉的方法，对算法要求高，计算量较大。
4）基线限制了测量范围。测量范围和基线（两个摄像头间距）成正比，导致无法小型化。
TOF
优点：
1）检测距离远。在激光能量够的情况下可达几十米。
2）受环境光干扰比较小。
缺点
1）对设备要求高，特别是时间测量模块。
2）资源消耗大。该方案在检测相位偏移时需要多次采样积分，运算量大。
3）边缘精度低。
4）限于资源消耗和滤波，帧率和分辨率都没办法做到较高。目前消费类最大也就VGA。