结构光测距原理：三维激光扫描仪的精密测距技术

结构光测距是三维激光扫描仪中一种关键的测距技术，它结合了图像处理与可控光源的使用。其核心原理是通过创建光平面（例如激光或白光形成的条纹），投射到被扫描物体表面，形成明暗变化的条纹图案。这些条纹在摄像头捕获的图像中呈现出不同的形态和间距，从而推断出物体表面与相机的相对距离。这种技术的优点在于减少了复杂的计算需求，扫描速度快且精度高，因此在众多三维扫描系统中广泛应用。 具体操作中，如图1所示，线光源会产生一个宽度小于0.4毫米的激光平面，当物体以固定角速度ω旋转时，激光投射面会覆盖物体表面，摄像机捕捉的条纹图像会反映出物体表面的曲率，使得计算出所有点的深度和高度成为可能。通过柱坐标系，可以进一步确定物体表面上每个点的极角坐标，从而构建出三维模型。 摄像机定标是整个过程中的关键步骤，它涉及到将摄像头采集的二维图像转化为三维空间中的位置信息。在这个过程中，计算机视觉系统利用摄像机成像的线性模型，也就是针孔模型，分析图像中像素的亮度和位置与实际空间物体的关系。摄像机参数，如焦距、视场角等，需要通过实验和计算来精确测定，这一步被称为摄像机定标。摄像机模型简化了光学成像的复杂几何关系，确保了从图像到真实世界的准确转换。 结构光测距技术在三维激光扫描仪中扮演着核心角色，通过图像处理和光源控制，实现了快速、精确的物体三维重建，尤其是在室内环境和表面反射良好的情况下。同时，摄像机定标是确保这种技术有效运行的关键环节，它奠定了从二维图像到三维空间坐标转化的基础。