13、主动式3D成像系统技术解析

主动式3D成像系统技术解析

1. 引言

主动式3D成像系统在现代测量和视觉领域发挥着关键作用，它正逐渐取代传统的测量仪器。本文将深入探讨其中的一些关键技术，包括Scheimpflug条件、散斑与不确定性、激光景深、横向分辨率等，并分析相关的研究挑战和未来发展方向。

2. Scheimpflug条件

大镜头直径会导致聚焦范围变小，这影响了所有基于三角测量的3D相机。为了减轻这种影响，许多系统采用了Scheimpflug条件。以点扫描系统为例，其光学轴不再垂直于光电探测器，探测器与收集透镜之间的角度设为ρ。

通过简单的三角学可以验证以下公式：
- (tanρ = \frac{d}{H + H’}) (3.49)
- (H’ = \frac{d}{tan(π/2 - β)}) (3.50)

将式(3.50)代入式(3.49)可得：
- (d = \frac{H tanρ}{1 - tanβ tanρ}) (3.51)

最后，将式(3.51)和式(3.2)代入式(3.45)，得到：
- (cotρ = \frac{H - f tanα}{f}) (3.52)

对于给定的α，可以计算出角度ρ，使激光束路径上的任何点在位置探测器上都能聚焦。这一条件允许设计具有大孔径的系统，以增加光收集能力，同时在不影响聚焦范围的情况下降低噪声。

3. 散斑与不确定性

在基于激光的点扫描系统中，(\sigma_{x2}^2)的值取决于所使用的激光光斑探测器类型（如CMOS、CCD、横向效应光电二极管、分裂二极管）、激光峰值检测算法、信噪比（SN