而根据光线的模型以成像体系聚集状态下每个像素点均对应空间一条虚拟主光线为条件假定，经过确认一切像...
而根据光线的模型以成像体系聚集状态下每个像素点均对应空间一条虚拟主光线为条件假定，经过确认一切像素点所对应光线方程的参数就可以完成标定与成像表征，可防止对杂乱成像体系的结构剖析与建模。根据该光线模型，研究院相关课题组开展了各类特别条纹结构光三维丈量办法与体系，试验证明光线模型可通用于多类杂乱成像体系的高精度丈量，是校准非针孔透视成像体系的有用模型，可作为透视模型的弥补。
，以为图画是像素的离散调集，并以一组虚拟的感光元件“光素”表明每个像素与某像素相关联的空间虚拟光线间的完好几许特性、辐射特性和光学特性，如图1所示。因而，光线模型的标定即确认出一切像素点对应的光线方程，无需严厉剖析和构建成像体系的杂乱光学成像模型，具有必定的便携性和通用性，从某些特定的程度上也可防止镜头畸变的多项式近似表征引进的丈量差错，为非小孔透视投影模型成像体系的表征供给了一种新的思路。
在条纹结构光投影三维丈量范畴，光线模型一方面可作为三维重建的光线计划，用于表征大畸变镜头、光场相机、DMD投影机、MEMS投影机等多类特别结构的成像与投影设备，可开展新的根据光线模型的条纹结构光三维丈量办法与体系；另一方面，开掘光线模型在结构光丈量中的优势，光线模型对战胜投影与相机的非线性呼应、大畸变镜头成像下提高三维重建精度具有优异才能的作用。
3.1 Scheimpflug小视场远心结构光丈量体系光线模型与三维丈量
课题组开发了小视场远心结构光丈量体系，选用Scheimpflug结构规划保证公共景深掩盖，如图2所示。考虑到远心镜头属平行正交投影、Scheimpflug歪斜结构形成畸变模型非中心对称，因而，提出一种根据光线模型的非参数化广义标定办法
。体系中相机与投影机成像进程均选用光线模型表征，标定其像素与空间光线对应联系，核算光线交汇点坐标，完成三维重建。图3展现了体系实物图与五角硬币部分小区域的三维丈量成果，丈量精度为2 μm。
课题组开展了根据自动条纹结构光照明的光场三维丈量办法与体系。光场相机经过在传感平面前放置微透镜阵列，完成光线强度和方向的一起记载，因为存在微透镜加工差错、畸变像差、安装差错等杂乱要素影响，光场相机齐备表征与精细标定是个难题。
，行将光场相机内部看作黑盒，直接树立像素m与所对应的物空间光线所示。并经过标定光场一切光线与投影条纹相位的映射联系完成被测为物体的高精度三维丈量，考虑光场多角度记载特色，构建根据条纹调准则的数据挑选机制，完成了场景的高动态三维丈量，如图5所示，黑色面板与反光金属可一起重建。
3.3 DMD投影机与双轴MEMS激光扫描投影机的光线模型标定与三维丈量
根据微机电体系（MEMS）激光扫描的投影机以小型化、大景深的优势被使用于条纹投影丈量体系，如图6（a）所示。但因为其依靠激光点的双轴MEMS扫描投影图画，不依靠镜头成像，透视投影模型表征会存在必定差错。此外， DMD等依靠镜头成像的投影机，大光圈规划也会影响小孔透视投影模型的表征精度。
，并提出了一种根据投影机光线模型的条纹投影三维丈量体系标定办法，该办法根据双轴MEMS投影的正交相位对光线进行辨认追寻，运用投影光线与相机构建的三角丈量完成了三维重建。进一步发现：因为投影光线的相位一致性特性，光线模型可明显按捺体系非线性呼应引起的丈量差错，图6（b）展现了单目体系在3步相移条件下（未额定纠正非线性呼应），别离运用透视投影模型与光线模型对石膏雕塑的三维重建成果，可见光线模型对非线性呼应影响具有免疫性。
图6 双轴MEMS激光扫描投影原理和石膏雕塑三维重建成果（3步相移，左图为透视投影模型，右图为光线单轴MEMS激光扫描投影机光线模型标定与三维丈量
单轴MEMS投影机将激光点扫描拓宽为面扫描大幅度的提高了投影速率，可使用于动态丈量。针对单轴MEMS投影机无透镜结构使得针孔模型不适用、单向投影没办法供给正交相位特征点的问题，课题组提出一种根据等相位面模型的体系标定办法[5]
图7展现了运用高速相机建立的单目丈量体系和重建场景，投影收集速率为1000 frame/s，选用4步相移与雷码图相位打开，三维重建速率为90 frame/s。后续为习惯更高速率丈量使用，可将单目扩展为双目或多目体系，选用单帧解调相位和多极线束缚相位打开等办法削减投影图画数量，提高三维丈量速率。
针对传统低阶多项式不能齐备表征大畸变镜头的问题，课题组选用光线模型表征大畸变镜头相机成像，并提出一种彻底脱离对相机和投影机内参依靠（透视模型依靠相机与投影机内参）的光线与条纹相位映射的三维重建办法。经过直接标定相机光线与条纹相位的倒数多项式映射系数，防止了繁琐耗时的对应点查找与光线 mm广角镜头的光线标定成果与规范球三维丈量成果，可见因为广角镜头畸变较大，光线模型较透视模型重建质量有所提高。
图8 广角镜头光线标定与规范球三维丈量数据的拟合差错散布（a）透视投影模型，（b）光线映射模型
光线模型经过确认一切像素点所对应光线方程的参数完成标定与成像表征，然后防止了对杂乱成像（投影）体系的结构剖析与建模，处理了特别条纹投影三维丈量体系的标定与重建问题，一起在条纹投影三维丈量的体系非线性相位差错按捺和精度提高上展现出优异功能。在结构光三维丈量的未来开展中，可进一步扩展光线模型三维丈量的办法与使用，提高丈量精度、功率与通用性，处理各类特别杂乱场景中的使用丈量问题。
本文作者：刘晓利 ，杨洋 ，喻菁 ，缪裕培 ，张小杰 ，彭翔 ，于起峰 ；
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