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【光电智造】各类结构光方案缺点总结

今日光电 2025-02-21 18:03
下载：硅基/SiC/GaN 全技术图谱 超低功耗CW32L083系列

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。追光逐电，光引未来...欢迎来到今日光电！


----追光逐电 光引未来----


常见方案

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点结构光

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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。

线结构光

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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。

面结构光

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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。

相移法

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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。

双目结构光

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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。

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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。

结构光，双目和TOF对比

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1.结构光（散斑）

优点：

a）方案成熟，相机基线可以做的比较小，方便小型化；

b）资源消耗较低，单帧IR图就可计算出深度图，功耗低；

c）主动光源，夜晚也可使用；

d）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：

a）容易受环境光干扰，室外体验差；

b）随检测距离增加，精度会变差。

2.双目

优点：

a）硬件要求低，成本也低。普通CMOS相机即可；

b）室内外都适用。只要光线合适，不要太昏暗。

缺点：

a）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；

b）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；

c）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；

d）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。

3.TOF

点击链接参考前文《TOF相机解析》

优点：

a）检测距离远。在激光能量够的情况下可达几十米；

b）受环境光干扰比较小。

缺点

a）对设备要求高，特别是时间测量模块；

b）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；

c）边缘精度低；

d）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。

激光测量法

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点击链接参考前文《激光三角测距法概述》

该方法需要逐点扫描，对设备要求比较高且比较耗时，数据获取效率低。测量过程需要一维扫描，增加了装置复杂性，成本增加，另外，扫描过程使成像的时间大大增加，因此，该方法效率较低。

飞行时间法

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飞行时间法要想得到很高的测量精度，相应地会对信号处理系统的时间分辨率有极高的要求。系统复杂，成本较高。
来源：机器视觉沙龙


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