11、三维图像获取、配准与融合技术解析

三维图像获取、配准与融合技术解析

1. 距离图像获取

距离图像能够直接对物体表面或环境进行 2.5D 形状描述。目前，距离图像获取技术主要分为被动方法和主动方法两大类。
- 被动方法 ：不与物体进行交互，例如立体视觉。立体视觉可通过将光学传感器移动到场景中已知相对位置，或使用多个预先固定在已知位置的光学传感器来实现。不过，由于特征缺失或测量误差，确定投影间的点对应关系通常较为困难，这限制了立体视觉在实际应用中的效果。其他被动方法还包括单图像的明暗恢复形状法和视频流中的光流法。被动方法虽所需专用硬件较少，但无法提供许多应用所需的高密度、高精度距离图像。
- 主动方法 ：与物体进行交互，可分为光学和非光学两类，这里主要介绍光学方法。光学方法又可细分为扫描技术和全场成像技术。
- 扫描技术 ：如激光三角测量和激光雷达。激光三角测量利用激光点或条带照亮物体表面，基于三角测量原理获取物体的 3D 轮廓；激光雷达技术则基于对脉冲或调制激光的传播时间或相位的测量。但这些扫描技术需要一维或二维扫描来覆盖物体整个表面，导致系统更复杂，测量时间更长。
- 全场光学方法 ：越来越受欢迎，因为单次视图获取无需扫描，测量速度快，且能自动处理数据。全场方法使用多个条纹或图案，而非单个激光点或条带。例如，通过顺序投影二进制编码图案，捕获多帧编码图案图像来编码 CCD 上像素的对应距离；条纹投影也是一种典型的全场成像技术，相机捕获投影到目标表面的条纹图案图像，根据条纹图案的变形计算表面轮廓。条纹图案可通过投影光栅或激光干涉产生，为提高测量精度和有效校准系统，还开