单目系统的精度分析

添加小助理：dddvision，备注：方向+学校/公司+昵称，拉你入群。文末附3D视觉行业细分群

00摘要

三维（3D）表面几何提供了各种科学和精密工程中的基本信息。条纹投影轮廓术（FringeProjectionProfilometry，FPP）是一种功能强大的非接触（非破坏性）和非干涉（限制性较小）三维测量技术，具有高精度的特点。然而，目前FPP的测量精度是通过实验来评估的，缺乏一个完整的理论模型来指导。我们提出了第一个完整的FPP精度模型链，包括：四个阶段的模型（相机强度，条纹强度，相位和三维几何）和两个传输模型（从条纹强度到相位和从相位到三维几何）。最重要的贡献包括采用了非高斯相机噪声模型，该模型首次建立了相机电子参数（相机制造商事先已知）和相位精度之间的联系，以及相位到几何传输的公式化，这使得测量几何的精度以明确和简洁的形式表示。因此，我们不仅建立了三维几何的全精度模型来表征已经建立的FPP系统的性能，而且还探索了最高可能的精度极限的表达，以指导尚未建立的FPP系统的误差分布。我们的理论模型使FPP成为一种更具设计性的技术，以满足从宏观到微观的不同物体尺寸的各种测量需求，并要求从几毫米到几微米的不同测量精度。

01引言

02FPP原理

在这一节中，简要介绍了FPP的原理，作为所有阶段和传输模型的准备。

03实验验证

在本节中，我们仔细验证以下几个关键方面来支持我们的理论分析：

由于这是第一次在FPP中采用相机噪声模型，我们通过测量详细验证了该模型(相机噪声模型验证);

我们在MC中已经说过:一个现有的相机噪声模型将被采用，与其他误差源相比，相机噪声是主要的。我们将测量投影仪的影响，表明它确实是可以忽略的(投影仪噪音的验证);

在所有误差源上，我们进一步验证了上述说法，在实际实验中，所有误差源对测量的相位方差的影响与我们提出的相位模型在只有相机噪声的情况下预测的结果完全一致(对相位噪声模型的验证);

最后验证了FPP的理论重建精度，这是FPP最重要的指标之一。在本研究中，所有实验都是使用相同的相机(型号:MER2-502-79U3M-L，分辨率:2048x2448，传感器:SonyIMX250)进行的。

3D结构光扫描仪：精迅V1（科研级）

为了方便同学更快速地入门3D面结构光领域，3D视觉工坊联合《从零搭建一套结构光3D重建系统[理论+源码+实践]》课程讲师「天涯居士」，联合推出精迅V1（科研级）单目/双目3D结构光扫描仪：

▲购买面结构光硬件+源码+教程+答疑服务

本文主要介绍下该课程所对应的硬件产品介绍，如果有感兴趣的小伙伴，可以选择购买。

备注：即使不购买相应的硬件，课程同样也提供了提前采集好的数据集，可以完成完整的3D结构光重建。

一3D图纸模型

图13d结构光扫描仪：「精迅V1」

支持在Windows系统下，直接通过C++（VS2015）SDK代码来控制相机：调整增益、曝光时间、拍照，控制投影仪：写入条纹/格雷码图案（双方向），投影图案并且触发相机拍照。具备以下优势：

便于新手入门：相比较原厂的DLP3010投影仪，该产品直接提供了GUI控制程序，可以直接控制光机投影、相机拍照，教学资料也更为齐全，利于新手入门。

更为灵活布局：相比较其余厂家的3D面结构光扫描仪，布局设计更为灵活，可以根据自己的需求，选择自己定制的相机、投影仪，支持海康的各类相机。

提供SDK控制：该产品提供了更底层的C++硬件SDK控制，结合课程《从零搭建一套3d结构光重建系统》，相信你也可以搭建出一套属于自己的实验室级3D扫描仪。

提供3D图纸（额外收费）：你可以在现有的3D图纸的基础上进行修改，更为方便地设计出属于自己的专业3D结构光扫描仪。

详细源码及讲解（额外收费）：你可以在现有源码基础上，更方便地进行二次开发，开发出基于自己的3D结构光扫描仪的衍生产品。

二结构光3D相机实物

2.1投影仪：TIDLP3010工业投影仪

注：相比较普通LCD商用级投影仪，发热严重，采用树脂镜头，温漂很大，随着时间，镜头会老化发黄。TI的DLP3010工业级DMD投影仪具备以下特点：正交布局、高精度、低畸变、寿命长、编程方便等优点。更加适用于高精度的结构光三维重建算法。

注：如果需要相应型号投影仪的结构设计图纸，请购买硬件后联系客服索要！

2.2相机：海康MV-CA013-21UM（130W）

功能：

支持自动或手动调节增益、曝光时间、白平衡、Gamma、LUT校正等

结构紧凑，外形尺寸29mm×29mm×30mm，适用于较小的安装要求

支持硬触发、软触发以及自由运行模式

注：由于相机采用定制款，因此海康MVS软件显示为：TJ1300UB，实际为该相机型号。

外形尺寸：

2.3相机镜头

2.4软件界面

本软件提供了海康相机和TI投影仪的基本控制功能，包括：

相机：调整相机的曝光时间、增益倍数、以及软触发拍照功能。

投影仪：写入横竖条纹、投影条纹、设置帧率、投影亮度。

同步触发：投影图案过程，将同步硬触发相机进行条纹图像采集。

你可以直接根据课程，很方便地写入MATLAB生成的条纹图像，结合软硬件完成整个课程的学习，而不用自己去搭建硬件。

祝各位学员们学习愉快！人生苦短，哪有那么时间去做一些重复性的工作。抓紧时间科研，抓紧时间开发算法，抓紧时间毕业。关于面结构光扫描仪的基础开发套件，我们已经为你准备好了！

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