結構光問題總結

2021-02-24 指南車機器人工程師學院

1. 點結構光的缺點

點結構光只能獲取單個點的深度信息,如要獲取整個被測對象表面結構信息,需要沿著水平和垂直兩個方向逐點掃描,效率比較低。點結構光技術只是對點狀光斑進行處理,算法簡單,計算複雜度小,但是需要引入掃描行動裝置,以保證點光斑的遍歷掃描,使得系統效率低下,難以滿足實時性要求。如果被測物體表面形貌複雜,曲率變化較大,就有可能造成相機視野範圍丟失了線結構光光條信息,導致最終三維測量數據不完整。這種方法檢測價格貴,安裝體積大,多傳感器之間需要通訊,對上位機的硬體要求高,系統的實時性有所降低。相移法是屬於一種優點和缺點都極為顯著的方法,優點是,通過相移解相位的方法,犧牲了時間(多幅條紋投影),以粗的條紋獲得了細的解析度,缺點是正弦條紋極易被幹擾,這就導致了相位圖失真,CCD像素和投影面像素的一一對應性被破壞。採用雙目結構光是考慮到傳統的單目結構光容易受光照的影響,在室外環境下,如果是晴天,雷射器發出的編碼光斑容易太陽光淹沒掉,只有在陰天情況下勉強能用。而雙目結構光可以在室內環境下使用結構光測量深度信息,在室外光照導致結構光失效的情況下轉為純雙目的方式,其抗環境幹擾能力、可靠性更強,深度圖質量有更大提升空間。此外,結構光方案中的雷射器壽命較短,難以滿足7*24小時的長時間工作要求,其長時間連續工作很容易損壞。因為單目鏡頭和雷射器需要進行精確的標定,一旦損壞,替換雷射器時重新進行兩者的標定是非常困難的,所以往往導致整個模塊都要一起被換掉;而使用雙目結構光的方式,其標定與雷射器無關,替換起來就比較簡單。

結構光(散斑)

1) 方案成熟,相機基線可以做的比較小,方便小型化。2) 資源消耗較低,單幀IR 圖就可計算出深度圖,功耗低。

4) 在一定範圍內精度高,解析度高,解析度可達1280x1024,幀率可達60FPS

雙目

優點:

1)硬體要求低,成本也低。普通CMOS 相機即可。

2)室內外都適用。只要光線合適,不要太昏暗。

缺點:

1)對環境光照非常敏感。光線變化導致圖像偏差大,進而會導致匹配失敗或精度低。

2)不適用單調缺乏紋理的場景。雙目視覺根據視覺特徵進行圖像匹配,沒有特徵會導致匹配失敗。

3)計算複雜度高。該方法是純視覺的方法,對算法要求高,計算量較大。

4)基線限制了測量範圍。測量範圍和基線(兩個攝像頭間距)成正比,導致無法小型化。

優點:

1)檢測距離遠。在雷射能量夠的情況下可達幾十米。

2)受環境光幹擾比較小。

缺點

1)對設備要求高,特別是時間測量模塊。

2)資源消耗大。該方案在檢測相位偏移時需要多次採樣積分,運算量大。

3)邊緣精度低。

4)限於資源消耗和濾波,幀率和解析度都沒辦法做到較高。目前消費類最大也就VGA。該方法需要逐點掃描,對設備要求比較高且比較耗時,數據獲取效率低。測量過程需要一維掃描,增加了裝置複雜性,成本增加,另外,掃描過程使成像的時間大大增加,因此,該方法效率較低。飛行時間法要想得到很高的測量精度,相應地會對信號處理系統的時間解析度有極高的要求。系統複雜,成本較高。

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