雙目結構光及其應用

一、基本概念

在計算機視覺中，雙目結構光是一種基於紅外投影方式的三維重建方法。它利用兩個相機同時拍攝同一目標，通過測量目標到兩個相機的距離來計算出目標的三維信息。雙目結構光的主要原理是將一條紅外光條或者紅外光斑照射到目標物上，兩個相機在不同的位置拍攝同一物體，通過計算兩張圖像之間的差異，進而得出目標物體的三維形態信息。

雙目結構光三維重建法具有結構簡單、測量精度高、抗干擾性強等優點，因此被廣泛地應用於機器人領域、智能製造領域、醫學影像等領域。

二、系統組成

雙目結構光系統主要由紅外激光器、光學系統、CCD相機、數據處理演算法等四個部分組成。光學系統包括了激光器、透鏡、濾鏡、功率控制、光斑清晰等部分，CCD相機的配置包括了分束器和CCD攝像頭。

數據處理演算法主要包括數據採集與預處理、配准以及重建等三個部分。數據採集與預處理是指對通過相機獲得的數據進行光線與相機的標定以及圖像的幾何變換處理等。配準是指在實現標定數據採集之後，通過相機成像產生的圖像在計算機中進行對應，以通過比較圖像信息從而確定空間關係。重建是指在採集配准數據的基礎上，通過合成圖像信息，最終生成目標物體的三維模型。

三、應用案例

雙目結構光技術在機器人領域中被廣泛應用，如在機器人的抓取和物品檢測系統中，可以通過三維重建來判斷物體的形態，從而計算機器人在軌跡規劃和力的估計等方面提供支持。

在智能製造領域中，雙目結構光被廣泛應用於零件檢測、工件定位和平面度檢測等方面。在醫學影像領域中，雙目結構光得到了廣泛的應用，例如在牙齒精細成像方面，它可以檢測出牙齒的形狀和大小，並進一步支持牙醫的手術操作。

四、代碼示例

// 定義攝像頭
cv::VideoCapture capture(2);

// 左右相機校準
stereoCalibrate(left_img_points, right_img_points, left_temp_mat, right_temp_mat, board_size, square_size, left_camera_matrix, left_dist_coeffs, right_camera_matrix, right_dist_coeffs, R, T, E, F);

// 左右圖像去畸變
cv::Mat map1x, map1y, map2x, map2y;
initUndistortRectifyMap(left_camera_matrix, left_dist_coeffs, R1, P1, size, CV_32FC1, map1x, map1y);
initUndistortRectifyMap(right_camera_matrix, right_dist_coeffs, R2, P2, size, CV_32FC1, map2x, map2y);

// 根據校準參數計算出視差圖
Mat left_image, right_image;
capture >> left_image;
capture >> right_image;
cv::Mat gray_left, gray_right;
cvtColor(left_image, gray_left, CV_BGR2GRAY);
cvtColor(right_image, gray_right, CV_BGR2GRAY);
cv::Mat left_rectified, right_rectified;
cv::remap(gray_left, left_rectified, map1x, map1y, INTER_LINEAR, BORDER_CONSTANT, Scalar());
cv::remap(gray_right, right_rectified, map2x, map2y, INTER_LINEAR, BORDER_CONSTANT, Scalar());
cv::Mat disp;
Ptrbm = StereoBM::create(num_disparities, block_size);
bm->compute(left_rectified, right_rectified, disp);

五、總結

雙目結構光技術作為一種基於投影方式的三維重建方法，通過計算目標物體到兩個相機的距離，可以有效地生成目標物體的三維模型。該技術在機器人領域、智能製造領域、醫學影像等領域有廣泛應用，帶來了重要的探究及應用價值。