9、主动3D成像系统技术解析

主动3D成像系统技术解析

1. 历史背景

利用光学仪器捕捉和记录物体形状的想法可以追溯到早期简易测量仪器和暗箱的发明。摄影术的出现，即图像被记录在半永久性记录介质上，无疑是现代方法的催化剂。在19世纪60年代，弗朗索瓦·维勒姆发明了一种名为“照片雕塑”的工艺，该工艺使用多台相机。将待复制物体的轮廓拍摄在照相底片上，投影到屏幕上，再用缩放仪转移到一块黏土上。这个过程能提供许多轮廓，但仍需大量的手工工作来完善黏土模型。商业应用发展迅速，相关工作室在1863年至1867年间运营，但后来人们意识到照片雕塑工艺并不比传统雕塑技术更经济，因为它需要专业雕塑师，还需要在相机、投影和复制系统以及操作这些设备的熟练劳动力上进行大量投资。

直到最近50年，固态电子学、光子学、计算机视觉和计算机图形学领域取得了进展，通过光学手段捕捉和记录详细形状的过程才重新引起了人们的极大兴趣。价格合理且运算速度快的数字计算机以及可靠的光源（如激光、卤素灯、LED）的出现，推动了主动3D成像系统技术的发展。现在可以构建可靠、准确、高分辨率的3D主动视觉系统，能够捕捉大量的3D数据。此外，能够高效且经济地处理这些密集点云，为军事、医疗、娱乐、工业和商业等众多领域开辟了无数应用。

2. 基本测量原理

主动三维（3D）成像系统可以基于不同的测量原理。商业系统中最常用的三种原理是飞行时间法、干涉测量法和三角测量法。飞行时间法基于精确的时钟，干涉测量法使用精确的波长，而三角测量法基于几何原理。不同的主动3D成像系统技术在市场上的典型精度随工作距离的变化而有所不同，每种光学技术都有其特定的工作范围。

2.1 飞行时间法

飞行时间系统的基础工作可以追溯到基于无线电