17、三维成像技术解析

三维成像技术解析

1 光学投影成像的问题与挑战

在三维成像中，投影轴会带来额外的问题。相机和投影仪镜头的光圈是一种不太理想的折衷方案。一方面，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；另一方面，为了获得从近点（N）到远点（F）的较宽景深，光圈应该缩小。

此外，从投影仪到相机的可变频率传递也是一个关键影响因素。以圆柱形物体为例，只有区域 Ia 和 Ib 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）。相机在区域 Ic 看到的空间频率增加，会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。区域 II、III 和 IV 在当前传感器位置无法测量，必须从不同视角进行测量。

同时，表面相对于相机和投影仪的方向变化会导致非漫反射表面上的强度发生极大变化。即使在理想的朗伯表面上，相机在区域 Ia 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 基本原理

物体的距离或深度 z 可以通过传感器发出并从物体反射回传感器的光信号的回波飞行时间（TOF）τ 来轻松确定，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 调制类型

调制光的 TOF 测量主要有以下几种调制类型：
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个目标，但存在温度敏