結構光的概念及其實現三維成像的主要原理是什麼？

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可否通俗地解釋下什麼是結構光和結構光成像？以及實現三維成像的主要原理。

題主的問題相當的龐大，需要講的很長，不過題主要求通俗易懂，那就長話短說（已經說了好幾句廢話了）。（注: 本篇內容所有圖片均來自##重點實驗室，轉載請聯繫作者，盜圖必究！）

基於結構光的三維成像，實際上是三維參數的測量與重現，主要是區別於純粹的像雙目立體視覺之類的被動三維測量技術，因而被稱為主動三維測量。因為他需要主動去投射結構光到被測物體上，通過結構光的變形（或者飛行時間等）來確定被測物的尺寸參數，因此才叫做主動三維測量，嗯，相當主動。

首先，結構光的類型就分為很多種，既然是結構光，當然是將光結構化，簡單的結構化包括點結構光，線結構光以及簡單的面結構光等。複雜一點的結構化就上升到光學圖案的編碼了。結構光投射到待測物表面後被待測物的高度調製，被調製的結構光經攝像系統採集，傳送至計算機內分析計算後可得出被測物的三維面形數據。其中調製方式可分為時間調製與空間調製兩大類。時間調製方法中最常用的是飛行時間法,該方法記錄了光脈衝在空間的飛行時間,通過飛行時間解算待測物的面形信息；空間調製方法為結構光場的相位、光強等性質被待測物的高度調製後都會產生變化,根據讀取這些性質的變化就可得出待測物的面形信息。

下面以一種應用廣泛的光柵投影技術（條紋投影技術）為例來闡述其具體原理。條紋投影技術實際上屬於廣義上的面結構光。其主要原理如下圖所示, 即通過計算機編程產生正弦條紋，將該正弦條紋通過投影設備投影至被測物，利用CCD相機拍攝條紋受物體調製的彎曲程度，解調該彎曲條紋得到相位，再將相位轉化為全場的高度。當然其中至關重要的一點就是系統的標定，包括系統幾何參數的標定和CCD相機以及投影設備的內部參數標定，否則很可能產生誤差或者誤差耦合。因為系統外部參數不標定則不可能由相位計算出正確的高度信息。

下面以個人自製的系統進行的實驗過程來講解其原理。

第一步，編程產生正弦條紋圖，因為後續要利用變形條紋圖獲取相位，而獲取相位的演算法也有多種，此處採用的是四步移相法，具體原理去查文獻，不再累述。因此這裡產生四幅相位差pi/2的條紋。然後將該四幅條紋分時投影到被測物（面具）上，採集到如下四幅被調製條紋圖，同時要採集四幅參考面的條紋（未被調製，同樣四幅）。

第二步，相位恢復

由採集到的四幅受調製條紋圖計算出被調製相位，這裡得到的相點陣圖是截斷相點陣圖，因為四步移相演算法得到的結果是由反正切函數計算所得，因而被限制在[-pi,pi]之間，也就是說每當其值超過該範圍，又會重新開始。得到的相位主值如下圖所示：

解決上述問題需要消跳變，即將截斷相位恢復為連續相位。如下所示，左邊為受調製的連續相位，右邊是參考連續相位。

第三步，上述二者相減得到相位差，該相位差則表徵了被測物相對參考面的高度信息，再代入相位與高度轉化公式（其中相應參數經過標定），得到如下三維模型。

下面是本實驗室研製的集成化3D結構光成像系統及其相關應用（變形測量，鑰匙複製）

結構光三維成像的硬體主要由相機和投射器組成，結構光就是通過投射器投射到被測物體表面的主動結構信息，如激光條紋、格雷碼、正弦條紋等；然後，通過單個或多個相機拍攝被測表面即得結構光圖像；最後，基於三角測量原理經過圖像三維解析計算從而實現三維重建。

個人理解。所有結構光三維掃描的基本原理都是三角測量，也就是空間的兩個相交的直線確定空間一點。所以要找出每一個點所在的兩條直線，為了找出這倆東西，才把光搞成已知的圖案。比如單點的激光本身就是一條線，相機反向發射出另一條線，交點就是實際點的坐標。線激光，投影圖案也是一樣的。另外，這個圖案一直改進，越來越複雜，一個原因是為了壓縮需要投影的圖像數量，另一個原因是為了改善精度和可靠性。

結構光成像可以理解為蝙蝠的超聲波探測視野一樣，有一個發射激光的裝置和一個接收激光反彈的感測器組成。結構光打到物體表面即產生反彈，被感測器所接收，物體表面的結構信息即能被記錄下來。

結構光(structure light)技術

結構光技術的基本原理是:在激光器外放置一個光柵，激光通過光柵進行投射成像時會發生折射，從而使得激光最終在物體表面上的落點產生位移。當物體距離激光投射器比較近的時候，折射而產生的位移就較小;當物體距離較遠時，折射而產生的位移也就會相應的變大。這時使用一個攝像頭來檢測採集投射到物體表面上的圖樣，通過圖樣的位移變化，就能用演算法計算出物體的位置和深度信息，進而復原整個三維空間。

iphone x中用的是Light coding技術嗎:?

參考：【圖文】結構光3D視覺原理_百度文庫