三維視覺測量數據技術：“被動視覺測量”和“主動通過視覺測量”

vision measurement

三維視覺測量技術按照測量過程中是否投射光源，獲取被測物體三維形貌信息的方法可以分為兩大類: 被動視覺測量和主動視覺測量。

一、被動視覺測量

被動視覺測量不需要特殊的照明投射裝置，僅利用相機拍攝被測物的圖像，vision measurement system建立被測物與相機之間的相對位置關系，從而獲取被測物表面的三維信息。被動視覺測量所需硬件相對簡單。根據所采用相機的數目，被動視覺測量可分為: 單目視覺測量、雙目視覺測量和多目視覺測量等。

單目視覺技術測量。單目三維視覺系統測量研究方法以及主要可以分為中國傳統教學方法和基於vision inspection system深度合作學習的方法兩大類。傳統教育方法有從聚焦恢複深度( shape from focus，SFF)、從運動功能恢複社會結構( structure from motion，SFM) 和即時定位與地圖重建 ( simultaneous localization and mapping，SLAM) 等。SFF 通過使用移動物體來采集圖像序列，基於這些圖像聚焦文化程度不斷進行管理分析，完成三維重建，多用於顯微三維視覺測量工作領域。SFM 和 SLAM 方法基本原理相似，利用序列圖像幀間的運動狀態估計出相機姿態控制信息，然後我們基於數字圖像序列采用三角測量法來恢複場景的三維信息。基於企業深度參與學習的單目三維重建是近年新提出的方法。該方法就是利用提供大量樣本相關數據基礎訓練卷積神經保護網絡，然後教師通過提高網絡安全模型能夠實現應用場景深度獲取。

雙目視覺測量。與人眼的立體感知類似，雙目立體視覺用兩個相機從不同的角度對被測物體成像。vision systems for manufacturing依據兩幅圖像中對應點的立體視差( stereo disparity) ，根據三角測量原理實現三維信息測量。雙目立體視覺直觀、傳感器結構簡單且測量精度較高，主要挑戰在於圖像中同名像點的確定。

多目視覺測量。為減少雙目立體視覺測量中同名像點匹配的多義性，在雙目立體視覺測量系的基礎上，增加一台或多台輔助相機，構成多目視覺測量系統。通過多個相機間需滿足的成像幾何約束可減少誤匹配現象，且可以通過光束平差提高測量精度，但計算量也會相應增加，降低測量速度和效率。

二、主動視覺測量

主動視覺測量與被動視覺測量的主要區別是需要將光源(點、條紋、圖案、散斑等)投影到被測物體上，攝像機采集物體表面包含光源反射或透射光的圖像，利用成像幾何關系建立的數學模型計算物體的三維結構信息。

主動視覺測量利用結構光在物體表面形成明顯的特征。對於沒有明顯灰度或形狀變化的光滑表面區域，可以避免同名點匹配困難的問題，提高獲取三維信息的准確性。根據投影光源的方式，主動視覺測量可分為點掃描式、(多)線掃描式、編碼光式和飛行時間法(脈沖測距法)。

點掃描式。點掃描式測量時，激光器可以發出的光束在被測物體進行表面沒有形成自己一個光點，經被測物體材料表面漫反射後入射到 CCD ( charge coupled device) 像面( 線) 。利用這些圖像質量檢測信息技術，獲得不同成像光斑的中心位置坐標，通過已標定數值的數學學習模型分析計算能力得到被測物體表面的三維空間坐標。

為了實現對待測物體的完整的三維測量，有必要采用不同的掃描方法，使被測物體表面覆蓋的光斑得到測量。典型有: 激光二維移動掃描、激光旋轉掃描、平鏡同步掃描、旋轉棱鏡掃描(和 AOD (聲光偏轉器)基於非機械運動的零件掃描(等)。

線掃描類型。線掃描法利用光源的光束擴展形成的光條對被測物體表面進行掃描，通過對獲得的圖像進行分析，結合光條在被測物體表面的位置，獲得物體的三維信息。它的原理和點掃描一樣，用光條代替光點，提高了效率。並且由於單燈條特征，不存在匹配同名點的問題。按應用方式可分為雙軸激光掃描法、遠心掃描法和光條掃描法。

多線結構光掃描是在單線結構光的基礎上增加投影光條的數量而形成的。與單線結構光系統相比，測量速度更快。通常采用雙攝像機約束或深度約束來消除多條直線之間的不匹配。

表面結構光類型。表面結構光三維測量需要將二維結構光圖案(光條、光柵或其他光圖案)投射到被測物體表面，通過對采集到的編碼圖案進行分析計算，獲得物體表面的三維信息。可以一次獲得被測物體上一個區域的三維信息，因此測量效率是所有結構光方法中最高的。系統中沒有移動部件，編碼光和接收器之間的相對位置保持不變。

面結構光的編碼管理方式方法可以發展分為不同空間進行編碼和時間以及編碼。空間信息編碼只有這樣一種投射模式，常見的有: 彩色條紋和散斑等。時間編碼主要包含以下兩種及以上的投射模式，分時投射，常見的有: 二進制編碼、格雷碼和正弦條紋等。