3D结构光相关知识总结

1. 点结构光的缺点

点结构光只能获取单个点的深度信息，如要获取整个被测对象表面结构信息，需要沿着水平和垂直两个方向逐点扫描，效率比较低。点结构光技术只是对点状光斑进行处理，算法简单，计算复杂度小，但是需要引入扫描移动设备，以保证点光斑的遍历扫描，使得系统效率低下，难以满足实时性要求。

2. 线结构光的缺点

如果被测物体表面形貌复杂，曲率变化较大，就有可能造成相机视野范围丢失了线结构光光条信息，导致最终三维测量数据不完整。

3. 多线式结构光的缺点

这种方法检测价格贵，安装体积大，多传感器之间需要通讯，对上位机的硬件要求高，系统的实时性有所降低。

4. 相移法的缺点

相移法是属于一种优点和缺点都极为显著的方法，优点是，通过相移解相位的方法，牺牲了时间(多幅条纹投影)，以粗的条纹获得了细的分辨率，缺点是正弦条纹极易被干扰，这就导致了相位图失真，CCD像素和投影面像素的一一对应性被破坏。

5. 双目结构光

采用双目结构光是考虑到传统的单目结构光容易受光照的影响，在室外环境下，如果是晴天，激光器发出的编码光斑容易太阳光淹没掉，只有在阴天情况下勉强能用。而双目结构光可以在室内环境下使用结构光测量深度信息，在室外光照导致结构光失效的情况下转为纯双目的方式，其抗环境干扰能力、可靠性更强，深度图质量有更大提升空间。

此外，结构光方案中的激光器寿命较短，难以满足7*24小时的长时间工作要求，其长时间连续工作很容易损坏。因为单目镜头和激光器需要进行精确的标定，一旦损坏，替换激光器时重新进行两者的标定是非常困难的，所以往往导致整个模块都要一起被换掉;而使用双目结构光的方式，其标定与激光器无关，替换起来就比较简单。

6. 结构光，双目和TOF对比

结构光(散斑)

优点：

1) 方案成熟，相机基线可以做的比较小，方便小型化。

2) 资源消耗较低，单帧IR 图就可计算出深度图，功耗低。

3) 主动光源，夜晚也可使用。

4) 在一定范围内精度高，分辨率高，分辨率可达1280x1024,帧率可达60FPS

缺点：

1) 容易受环境光干扰，室外体验差。

2) 随检测距离增加，精度会变差。

双目

优点：

1)硬件要求低，成本也低。普通CMOS 相机即可。

2)室内外都适用。只要光线合适，不要太昏暗。

缺点：

1)对环境光照非常敏感。光线变化导致图像偏差大，进而会导致匹配失败或精度低。

2)不适用单调缺乏纹理的场景。双目视觉根据视觉特征进行图像匹配，没有特征会导致匹配失败。

3)计算复杂度高。该方法是纯视觉的方法，对算法要求高，计算量较大。

4)基线限制了测量范围。测量范围和基线(两个摄像头间距)成正比，导致无法小型化。

TOF

优点：

1)检测距离远。在激光能量够的情况下可达几十米。

2)受环境光干扰比较小。

缺点

1)对设备要求高，特别是时间测量模块。

2)资源消耗大。该方案在检测相位偏移时需要多次采样积分，运算量大。

3)边缘精度低。

4)限于资源消耗和滤波，帧率和分辨率都没办法做到较高。目前消费类最大也就VGA。

7. 激光测量法的缺点

该方法需要逐点扫描，对设备要求比较高且比较耗时，数据获取效率低。测量过程需要一维扫描，增加了装置复杂性，成本增加，另外，扫描过程使成像的时间大大增加，因此，该方法效率较低。

8. 飞行时间法的缺点(典型代表:激光雷达)

飞行时间法要想得到很高的测量精度，相应地会对信号处理系统的时间分辨率有极高的要求。系统复杂，成本较高。

审核编辑：汤梓红