基于结构光投影三维重建技术系列课程-绪论原创

基于结构光投影的三维重建技术的一个系列课程的一个开张，嗯，也现在也是我和几位小伙伴一起在准筹备这几个光的一个课程，就是希望后边能给更多的呃，才进入这个领域的同学一些。最原始的资料可以让帮助他们更更快的。进入到我们那个结构方这个领域来。今天我主要讲的内容主要是分为四块，首先是我们这个课程的对这个课程几位那个作者的一个介绍，然后是对我们三维传感技术的一个基本的介绍，然后再往下是深入到我们结构光技术的一个基本原理的介绍，然后最后的话是对我们整个课程进行一个课程的内容的介绍。

然后首先的话是对我们那个这课程的三位作者做一个介绍，然后这个课程主要是由我们呃三位来给大家那个分别来讲述，因为今天只是虚论，所以的话给大家呃讲主要是讲一些基础的知识，然后包括我们后边课程的一些安排，所以不会涉及到太多的那个原理性的东西，然后我后边的话，每一章具体的章节的话，就是会由我们这三位来负责，然后首先介绍一下我自己，我是来自那个四川大学三维传感以及视觉的那个呃，博士研究生，然后今年的话也是博士研究生的最后一年，然后六暂的话，顺利的话就会毕业。然后我主要的研究方向是那个便携式，便携式三维面形测量，包括一些高速三维面形测量的研究，然后在读期间也发表了一些论文，然后的话在读期间也做了一些报告，嗯，第二位的话是来自是咱们来自那个天津大学的那个邓吉博士，也是非常优优秀的一位小伙伴，他也是在读期间也是发表了很多篇的高水平的论文，然后是他主要的研究方向是在那个。

嗯。计算，利用三维重建去进行一些计算深度分割，包括一些呃条纹投影的新的应用的一些方面，然后也是发表了特别多的论文，然后是获得了很多奖学金，然后第三位的话是我们来自那个企业界的一位朋友，嗯，舒涵，然后他是一位那个结构光算法工程师，然后是拥有多年结构光算法研究的经验，它主要也是从从事的三维重建，相机标定等视觉的算法和实现，嗯，所以的话，我们这三位的话，主要就是分别从在学校的嗯科研的角度，可能能更多的给一些才入学的研究生的那个新生们做一些更系统的指导，让他们更快的呃进入我们这个领域，然后舒航的话则是从他呃从业从业多年，从企业的角度来更。

更生动的告诉我们在工作中到底这块技术是怎么去运用，或者是我们需要什么样的知识去，呃，从应用的角度来给我们讲解结构光技术，所以嗯，可能后边是会有这两个主要的方面来讲解这个课程，然后再往下的话就是我会首先介大致介绍一下我们的那个三维传感技术，就是我们为什么需要有有我们这个三维传感技术，大家可以看到左边那个图的话，实际上是一个二维的图片。嗯，我们的世界，包括摄像机看到的整个世界都是一个二维的，然后嗯，我们的三维传感技术，其实就是把二维的，二维的图片通过我们的一些技术啊，转化为三维的一个场景，就是说我们要想办法把我完成一个二维到三维的变换，所以我们就需要一些呃，三维测量的一些技术。

主要的话，呃，这个技术现在目前比较流行的主要是分为这三类，第一类是那个飞行时间法，然后第二类的话是双目立体视觉，然后第三类的话就是我们这个课程主要的内容是结构光，基于结构光的方法。然后首先我们大致了解一下第一类技术，第一类技术的话是我们呃把它称为飞行时间法，这类技术的话。很好理解。它就是利用我们的。利用我们呃，投出的一个脉冲激光，或者是一个震前连续的正弦脉冲震前波的连续的震前波通过我们。的传感器计算。我们。的信号发出到接收的时间差，然后通过乘上我们的光速就能获得物体到我们成像器件的距离。这个原理特别简单，它的难度主要是在那个成像器件上，或者是它还有需要一个呃，后边一个扫描的过程，所以它是比较难呃，需要时间的。然后下边的话主要是这类技术的两个最主要的那个。

应用场景我们可以看到，其实用的最多的就是现在的，第一类的话是我们那个无人驾驶，其实现在已经很火，然后用应用的场景也特多，它最常用的技术就是用到我们基于to技术的一个，呃，工业消费及雷达的技术，它是通过一个线扫的方式，一个旋转扫描的方式，对周围的场景进行一个三维建模，然后就可以实现后后期的一些无人驾驶啊，或者是自动避障的一些功能，然后再另外一类的话是我们的，呃，手机端用的比较多的也就是消费电子系统，就是左边看到的是一个最新的那个ipad的一个在红外。镜头下拍照图片，他投影的就不是一个呃线，或者是他就没有通，或者是说没有通过扫描的方式，他是直接通过了一个点阵的方式，一次就可以获得多个点的那个信息，然后这样的话重建效率就会更高，所以的话这两类技术，嗯，就是这两类技术最常见的呃两个应用场景，然后再往后的话，第二类技术是更为常见的，我们的双目立体视觉这类技术，它的好处就是说它不需要额外投影我们的主动光，它只需它就利用两左右两个相机，完全是模拟我们人眼的一个工作工作原理，呃，利用左右两个相机的视差来重建我们的呃三维形貌，这边的话给出了就是我们这个系统的一个示意图，我们可以看到从左边和右边分别去看同样的一个物体，实际上我们拍出来的图片它是不一样的。

然后利用这个图片上的一些图片上的一些差异，我们就可以得到我们视差图，然后再通过一些事先的呃标定和映射，我们就能恢复到我们的那个。物体的三维三维三维场景，但这这类方法的问题就在于它非常依赖我们，非常依赖我们物体本身的纹理信息，因为它需要呃左右相机需要我们的纹理信息去进行一个匹配，如果没有特别好的纹理信息的话，或者是我们物体表面本身就特别呃均匀的话，是很难完成这样的匹配的。所以为了解决这一个问题，呃就有了下一类技术，就是我们的结构光的技术，结构光浪技术，它系统其实还是从双目系统上面衍生过来的，它的区别就是将我们双目系统里边的一个相机替换成了一个投影仪及。

利用同你主动的。大家可以看到这边主动的投影投射我们的直由光到物体表面，相当于就是说我们通过我们投影仪主动的编码去给物体表面每一点都唯一的标记，所以不管物体表面有没有特别丰富的信息，我们都可以上面主动的去标记它们物体上的每一点，然后再。我们可以看标记完之后，上面最最常见的就是一个条文，有了条文之后的话，我们就可以对每一点进行一个唯一的编码。

然后通过一些呃相移的算法，或者是一些解解相位相位的算法，我们可以得到截断相位，然后通过一些呃解包裹的算法，我们获获得展开上文最后的话，通过一些标定的算法，我们可以获得我们的最终的三维形貌。这个过程的话。就能很好的完成对一些没有表面特征，明显表面特征的场景的一个三维三维场景的重建，而且的话，它比起双目测量系统来说，它它的因为它依赖的是相位而不是强度，所以它的测量的精度是会更高的。然后我们再往后看，再往后看的话。嗯，这这个表给出的是我上边三类技术的一个简单的比较，我们来一起看一下。第一个的话是测量距离，我们可以看到呃，在飞行时间法来说，因为它用的是发射的激光，所以它是它的那个发射，发射发射和接收距离是可以比较远，所以它在这三类技术中是测量距离是最远的，所以在大家常见的一些呃机器视觉里边，或者是一些呃无人驾驶里边，常常是需要对一些远远距离场景进些一些一些重建，它用的。

地方用用处是最大的，然后第二个的话，测量精度来说的话，因为结构光是利用的相位信息，所以它的测量精度是最高的，所以在一些高精度的测量测量的场景里边，一般我们会选用结构光的技术，然后在分辨率上的话，因为结构光是呃整场的一个面阵的投影，所以它的分辨率的话是可以做到很高的，而前两类技术它都是都是需要第一类是需要一个扫描，然后第二类的话，它是完全依赖依赖于我们物体表面的一些信息，所以它们俩的测量分辨率都会受到一些限制，然后在重建效率上的话，呃。飞行时间法的话，是需要一些呃扫描，所以它效率比较低，然后结构光的话，它是需要投影，一般是需要投影多幅图，所以它的呃重建效率是在中间，然后而双目的方法的话，通常是利用一副左右相机同时拍一副图就可以重建，所以它的重建效率是最高的。然后我们再看我们的抗干扰，抗环境干扰，因为。

第一类技术和第三类技术，它都需要主动投影，投影那个投影光出去，所以它是会受到外界环境光的那干扰的，而双目技术的话，它不需要主动投影，所以它对环境光的干扰是可以比较好的一些抑制，然后在黑暗条件的话，就肯定是我们两个主动。发射光的技术是可以测量，然后在中间那个双目的话，他们黑黑暗条件下都不能拍回我们的图片，所以是不能测量的，在那个算法计算度算法的那个复杂度的话是呃双目的最高的，因为它难度是最大的，它往往是需要解决一些没弱纹弱纹理或者是没有纹理的场景，然后光源的话，就是第一类和第三类，通常是用一个红外的光源。