17、三维成像技术详解

三维成像技术详解

1. 三维成像中的光学问题

在三维成像过程中，投影仪和相机的设置会带来一些问题。相机和投影仪镜头的光圈设置是一个折中的选择：为了在有限的投影仪强度下获得更高的对比度和信噪比，光圈应该打开；但为了获得从近点（N）到远点（F）的较宽景深，光圈又应该缩小。

另外，从投影仪到相机的可变频率传递也是一个关键影响因素。对于圆柱形物体，投影仪到相机的频率传递函数会发生变化。只有Ia和Ib区域满足奈奎斯特准则（例如，采样频率必须至少是物体频谱上限的两倍）。在Ic区域，相机看到的空间频率增加，导致严重的欠采样和相邻像素之间的串扰，最终导致解码错误。II、III和IV区域在当前传感器位置无法测量，需要从不同视角进行测量。

除了光学分辨率的影响外，表面相对于相机和投影仪的方向变化会在非漫反射表面上导致极端的强度变化。即使在完美的朗伯表面上，相机在Ia区域看到的强度也较低。最后，圆柱体上只剩下一个小的可测量区域Ib。在传感器工作空间的中心，测量条件最佳。

2. 调制光的飞行时间（TOF）测量

2.1 TOF基本原理

物体的距离或深度z可以通过传感器发出的光信号经物体反射回传感器的回波飞行时间（TOF）τ来确定，公式为：
[z = \frac{c\tau}{2}]
其中，c是光速。这个基本关系适用于飞行时间和II型干涉距离测量。

2.2 调制信号类型

调制光的TOF测量中，主要有以下几种调制信号类型：
1. 脉冲调制 ：通过将启动 - 停止信号与并行运行的计数器进行相关来直接测量飞行时间。脉冲调制技术可以区分多