【《激光三维成像技术研究现状国内外文献综述》2400字】

致谢-PAGE128--PAGE127-激光三维成像技术研究现状国内外文献综述现在越来越多的人开始关注激光三维成像技术的发展，该技术可以对目标物体进行信息采集、图像处理、数据匹配后建立目标物体的三维模型。重建三维模型时最重要的是需要得到物体的三维数据信息，其中景深信息获取是成像精度的关键，利用景深信息即可完成物体的三维重建[29,30]。该方法还逐渐应用在建筑设计、游戏开发、医学诊疗[31]等方面，在科技发展中逐渐拥有一席之地。下面对提取目标物体的三维数据信息的两种方式进行介绍。1.1被动式三维测量技术被动式三维测量技术指在自然光照的条件下，利用一个或者多个相机照射被测物体，采集目标图像信息，通过特定算法得到物体上各点空间位置信息。下面是目前研究中常见的三维测量方法。1.纹理恢复形状法纹理恢复形状法是机器视觉研究的一部分，根据目标的纹理特征对物体的三维形状进行恢复，逐渐应用在实际生活中。纹理法主要是以纹理基元的形式覆盖在目标物体上。纹理基元通常由其包含的子元素组成，通过子元素之间形成的相位、方向、长度变化等因素来描述图像中的图形。纹理基元面对投影变形处理时，平面和采集图像之间所成的夹角越大基元越大。纹理基元面对收缩变形处理时，平面和采集图像之间所成的夹角越小基元越小。通过纹理基元的畸变程度来计算出图像的深度信息，进而得到目标物体的三维信息。纹理恢复形状（ShapeFromTexture,SFT）法在实际使用过程中需要详细了解投影过程形变信息，由于该方法极易出现误差，因此在实际生产工作中应用较少，只针对特殊场景下使用[32,33]。2.阴影恢复形状法阴影恢复形状法常常在机器视觉处理方面被人提起，在获取信息时，图像经过光源照射将表面的明暗信息呈现出来，结合图像的阴影来计算物体表面的深度信息。在阴影恢复形状过程中，利用实际图像和阴影图像的变化可以得到物体效果图。学者一直对该方法进行研究，在研究过程中了解到该方法虽然可应用在较多场景中，但是由于该方法恢复形状过程中用到的算法相对复杂，寻找光源时需要了解光源的方向和强度信息，对数据要求较为精确，难以进一步发展[34,35]。3.立体视觉法立体视觉法的研究是机器视觉领域一个非常重要的课题，该方法主要应用在双目立体视觉上。系统运行时，两个图像采集设备模拟人类双眼采集多幅图像信息，利用视觉差原理，对采集到的图像信息进行计算。具体方法是利用两台相机从不同方向照射目标物体，分析处理两台相机得到的信息，可得到被测物体的三维信息，恢复出目标物体的三维模型。双目立体视觉技术在实际工作应用中仍优于其它三维重建方法，得到较为广泛的应用，但其算法在实际计算时，工作量大且计算时间长，当目标物体与相机距离较远时，相机在获取数据信息差时质量较差，得到的三维重建效果不佳。双目立体视觉技术[36-38]一个难以解决的问题是一台相机在找到目标物体上一个点时，另一台相机如何去寻找目标物体的相同点即目标物体的配准问题如何实现。解决方法涉及到特征提取和算法匹配，如何寻找合适的匹配点显得较为棘手，相机参数和自然光强度大小等因素也会影响目标物体的特征提取和匹配，得到的三维模型会产生差异。1.2主动式三维测量技术主动式三维测量技术是随着近些年来计算机技术的快速发展出现的一种技术，对三维测量精度要求越来越高，需要利用电磁波、声波、激光等能量源对物体进行远距离无接触三维测量[39]。能量源对目标物体进行扫描后，利用反射能量源得到目标物体信息。通过主动式三维测量技术测得目标物体三维形态的技术正逐步应用在社会生产生活中，其中常见的测距方法有莫尔条纹法、飞行时间法、结构光法和激光三角法。1.莫尔条纹法莫尔条纹是18世纪法国研究员莫尔发现的一种光学现象，该方法的基本原理是将两条线或两物体以非常小的角度和频率进行相对运动，运动过程中产生明暗相间的光带即莫尔条纹。莫尔条纹最广泛的应用领域就是光栅位移测量，随着光栅的移动条纹产生相位变化，为求得目标物体的三维信息，需要分析条纹相位变化，得到被测物体深度信息。用数学计算来预测和分析莫尔条纹是可能的，但此种方法极易受到外界干扰，不能保证获取数据的准确性。2.飞行时间法飞行时间法指的是在发射基元稳定的情况下，由发射器发出光信号或者声波信号，待收到返回信号时计算发射器所经过的时间差，结合飞行速度可以得到被测物体各点和采集信号设备之间的距离，此方法广泛应用于物体三维测量和测距中。随着近些年来CCD技术的快速发展，利用飞行时间法原理发展的工艺已经实现成品化，即如今的TOF相机，TOF相机和其它相机对比具有体积小、成像速度快的优势，方便外出携带。TOF相机在获取目标物体的三维数据时，受到环境光影响极大，有混合像素等因素影响，导致获取图像景深信息时系统误差和测量误差对所得成像结果影响较大，需要对数据进行后期处理。3.结构光法结构光三维测量方法根据结构光的形态分为线结构光三维测量法和面结构光三维测量法。线结构光三维测量法是通过线结构光发射器发射特定的光条到被测物体的表面，相机根据被测物体和发射器的位置信息得到可以得到被测物体的深度信息，进而得到被测物体各点的三维坐标信息，通过边缘提取、数据拟合等操作将得到的位置信息参数进行目标物体的三维重建。面阵三维测量法是通过结构光发射器投射带有编码的光条纹到被测物体上，相机读取被测物体上的编码图案，对所得信息进行解码求得被测物体的深度信息，由于结构光的编码和解码是数据处理过程中很重要的环节，解码过程较为复杂且容易出现错误，因此面结构光三维测量在实际生产中应用较少。图1.1为线激光发射图。(a)单线激光(b)多线激光图1.1线激光发射图4.激光三角法基于三角测距的三维数据获取方式是近些年来较为流行的一种方式，激光三角法利用激光发射器发射激光线，以非接触方式扫描物体，使用CCD相机采集照射在目标物体上的光条纹，