結構光是從已知角度將某種特定光圖案（如平面、網格或更復雜的形狀）投射到物體上形成的投影，多用于視覺測量。最常使用的光圖案(light pattern)是由某一光束沿扇面展開后形成的一面光（a sheet-of-light），當這面光與物體相交時就會在物體表面形成一條可見的亮線。從某已知角度來觀測這條亮線的圖像,根據看到的該線的扭曲變形情況就能計算出物體表面的高度變化。

結構光的作用

投射特定的光信息到物體，根據物體造成的光信號的變化來計算物體的位置和深度等信息，獲取物體的三維信息。

結構光的測量原理

結構光測量屬于主動光學測量，通常以某種形狀的結構光投射到物體表面，通過檢測結構光偏移距離得到物體的三維信息。通常的結構光光源有激光和投影儀投射光，激光光源具有高亮度和良好的方向性，是一種理想的投射光源。

在結構光激光測量中，為了獲取物體的三維信息，一般都會使用三角定位原理，其基本思想是利用結構光照明中的幾何信息幫助提供景物中的幾何信息。根據相機、結構光和物體之間的幾何關系，來確定物體的三維信息，下圖為三角測量的原理圖。

結構光三角測量原理圖

如上圖所示，圖中顯示了3個坐標系，分別為相機坐標系OCXCYC、圖像坐標系oxy和世界坐標系OwXwYw。圖像坐標系與相機坐標系原點之間的距離為焦距f，圖像坐標系與世界坐標系原點之間的距離為l。結構光平面與相機光軸夾角為a，取世界坐標系的原點位于相機光軸與結構光平面的交點，Xw軸和Yw軸分別與相機坐標系XC和YC軸平行，ZW與ZC軸重合，但方向相反，則世界坐標系與相機坐標系有如下關系： 設世界坐標系中的一點A的像為A’，則根據相似三角形原理，有：

在世界坐標系中，結構光平面的方程為：Xw = ZWtga

聯立以上兩式，可得到：

又由于在像素坐標系ouv中，每一像素的坐標（u，v）分別是該像素在圖像矩陣中的行數與列數，（u，v）是像點在像素坐標系中以像素為單位的坐標。根據像點在像平面上的物理位置，建立以物理單位表示的圖像平面二維坐標系oxy，該坐標系x軸和y軸分別與u軸和v軸平行，原點為相機光軸與像平面的交點，一般位于圖像中心，但在實際情況下會有小的偏移，在ouv中的坐標記為（u0，v0），也稱為主點坐標。圖像中任意一個像素在兩個坐標系下的坐標采用齊次坐標和矩陣式表示，有如下關系：

上式的逆關系為：

可以得到像素點-世界坐標點之間的對應關系為：

審核編輯：黃飛

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