12、主动式3D成像系统：原理、实验表征与高级话题解析

主动式3D成像系统：原理、实验表征与高级话题解析

1. 3D成像系统的参数影响与权衡

在3D成像系统中，一些参数的变化会对成像效果产生重要影响。例如，通过修改公式（3.44），将x′₂替换为Zw，可以发现随着视图之间距离的增加，距离值的不确定区间大小会减小。同时，具有会聚角的配置比没有会聚角的配置产生的不确定性更低，这是因为反向投影光线与投影光平面相交的角度更优。不过，基线和会聚角通常会一起变化，以最小化重建体积的形状和位置变化。

视图之间距离的增加虽然能减小不确定区间，但也会增加遮挡的发生。当一个3D点在一个视图中可见而在另一个视图中不可见时，就会发生遮挡。这种情况可能是由于3D点在扫描仪的重建体积之外，或者物体表面的一部分遮挡了另一部分。因此，在置信区间大小和可能发生的遮挡量之间存在权衡。

2. 3D成像系统的实验表征

3D扫描仪的制造商和最终用户都希望验证扫描仪是否在预定规格内运行。可以通过扫描已知物体来表征扫描仪，这些物体可以是由简单表面（如平面或球体）组成的，能够高精度制造。扫描后将测量值与标称值进行比较，或者使用坐标测量机（CMM）对制造的物体进行表征，再将扫描测量值与CMM获得的值进行比较。一般来说，参考仪器获取的测量值至少要比3D扫描仪获取的测量值准确四倍，最好是一个数量级以上。

为了表征3D成像系统，提出了四种类型的测试：
- 低级别表征 ：关注网格小区域内3D点之间的误差，不受校准错误的影响，可对扫描仪进行低级别表征。例如，使用点激光三角测量扫描仪对不同位置的平面进行多次扫描，随着与扫描仪距离的增加，平面拟合的均方根误差（RMSE）会增加。通常使用扫描仪的原始输出进行误