圖像深度信息獲取技術(shù)研究的國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述圖像深度也被稱作距離影像，深度信息體現(xiàn)的是場景中物品各點(diǎn)到圖像采集儀器之間的距離，它直接地反映了一個物體在其可見的表面上幾何形態(tài),是理解三維真實(shí)場景的基礎(chǔ)。深度信息獲取技術(shù)可以分為接。觸式和非接觸式，如圖1.1，接觸式這種方法是一種需要直接觸碰到一個待測的物品或者是離待測的物品很近,多適合應(yīng)用于各種工業(yè)生產(chǎn)或者是科學(xué)研究等,比如現(xiàn)在常見的有三維測量機(jī)。而非接觸式就是儀器和待量物品不用直接接觸,較為適合大眾市場。圖1.1深度信息獲取技術(shù)分類本論文主要研究的是基于光學(xué)的算法，其他兩種方法與本項(xiàng)目差異較大，故在此不過多贅述。而依照使用的光的種類差別，利用光學(xué)的得到深度信息的應(yīng)用方式則可以將其劃分為兩種:被動式和主動型,被動式不需要光源進(jìn)行直接照明,主動型則是主要依靠光源照明提供較光照的深度圖技術(shù)。1.1被動式深度信息獲取技術(shù)被動式深度信息獲取技術(shù)在進(jìn)行有關(guān)的數(shù)據(jù)的收集時一般會通過自然環(huán)境所提供的光源，現(xiàn)如今較為流行的有以下幾種算法：散焦法、聚焦法、運(yùn)動視覺法、雙目視覺法。（1）散焦法：散焦深度測量（DFD）不再需要按照相機(jī)在某個范圍內(nèi)處于等待測量物體聚焦點(diǎn)的深度測量,它主要是根據(jù)散焦模型對所要進(jìn)行測量的物品所處的位置與對其進(jìn)行拍攝的相機(jī)的位置的精確數(shù)據(jù)來進(jìn)行計(jì)算。這樣一來我們可以不用通過視頻來自行確定聚焦點(diǎn)和位置，不僅如此，還可以不再拍攝很多的照片來進(jìn)行位置的確定，僅僅只需要一張或者兩張相關(guān)的圖片，就可以通過這兩張圖片來對物體外部所表現(xiàn)出的深度進(jìn)行較為精確的測量，其勝在操作方法簡單且有效。而這種方法的一個缺點(diǎn)是散焦模型要求精確的標(biāo)定,測量的精確度不如聚焦式測距方法的精確性高（2）聚焦法：三維聚焦深度測量(dff)的主要測量方法基本上就是先將三維相機(jī)放在一個待測物體三維聚焦的位置,然后再利用高思薄透鏡公式計(jì)算得到三維相機(jī)中所有待測物品之間的三維聚焦距離,如此即可得出所有待測物體的三維聚焦深度信息。與其相關(guān)的測量機(jī)制如下圖1.2所示圖1.2聚焦法測量原理圖圖1.2中，f所代表的是透鏡焦距，v所代表的是像距，u所代表的是物距由于照相機(jī)如果偏離了聚焦的位置,就會給定位儀的測量造成誤差,因此這種方法中最重要的一點(diǎn)就是需要準(zhǔn)確地定位聚焦的位置。聚焦法的測量值與實(shí)際值數(shù)據(jù)差異比較小，但其不足的地方是對于相關(guān)照片的數(shù)量要求較多，才能夠得出較為精確的測量數(shù)據(jù)，用清晰度最高的一幅圖作為估計(jì)深度的像距,計(jì)算量大,消耗時間長,并且在拍攝期間要求待測物品要保持相對靜止。（3）運(yùn)動視覺法：此種方法主要的運(yùn)作原理是通過被測量物體和運(yùn)動攝像機(jī)兩者之間所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果來對被測量物體的深度信息信息進(jìn)行測量。運(yùn)動視覺法就是通過觀察同一個運(yùn)動物體在不同時間內(nèi)其運(yùn)動形態(tài)、位移及其速度變化進(jìn)行的深度檢測。該分析方法首先將一個圖像序列中的的每一個物體特征點(diǎn)都提取分析了出來,通過建立對應(yīng)的特征函數(shù)空間關(guān)系，得出被測量物體最基礎(chǔ)的構(gòu)造，與其相關(guān)的運(yùn)動。此類辦法最明顯的表現(xiàn)是不能單獨(dú)的進(jìn)行測量，而是需要多個不同時間的圖像來對已擁有的條件進(jìn)行一一對應(yīng)來得到最終的結(jié)果。且最終所得到的函數(shù)較為衣服所設(shè)定的非線性微分方程,這導(dǎo)致了其算法魯棒性比較差。（4）雙目視覺法：雙目視覺法主要是一種模仿人類眼睛工作原理的方法,用兩臺照相機(jī)分別模仿人類的兩個眼睛,在同一水平上,從兩個略微不同的角度捕捉和采集需要攝像的圖片。和人類兩只眼從不同的角度觀察同一個物體一樣,會使人產(chǎn)生一個視差,然后再通過此種三角測距的常用方法，來對被測物體和攝像機(jī)兩者之間的精確距離進(jìn)行測量。這種方法較為依賴于立體匹配，世界上多國的研究者對這種方法所需求的立體匹配方法進(jìn)行了深入的研究，并且開發(fā)出了多種立體匹配算法并對其進(jìn)行了驗(yàn)證。圖1.3所示是雙目視覺法的原理圖

圖1.3雙目視覺法原理圖1.2主動式深度信息獲取技術(shù)主動式深度信息獲取技術(shù)有以下幾種（1）激光掃描法：（2）相位法：此種方法最主要的運(yùn)作機(jī)理是將通過獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的分析之后將一個被放置于光柵反射條紋內(nèi)的圖形進(jìn)行投影，將其投影到所要進(jìn)行測量的物體上，根據(jù)該圖案的形變情況的數(shù)據(jù)來對該被測物體的深度進(jìn)行分析，得到相關(guān)數(shù)據(jù)。以正弦光柵為例。設(shè)置一組相位差為2pIx,y=a其中ax,y為背景光強(qiáng)，b當(dāng)N>3時，φφx其中：A=nB=n同理,計(jì)算機(jī)先得出未經(jīng)確定目標(biāo)調(diào)制物體運(yùn)動調(diào)制的然后再通過運(yùn)用不同相位的偏差方法來計(jì)算求出未經(jīng)目標(biāo)調(diào)制物體的運(yùn)動深度。時間域測量相位法由于需要測量的圖像精度高,所以本種方法的主要技術(shù)缺點(diǎn)之一是需要測量圖像物體數(shù)量多,當(dāng)我們需要測量的目標(biāo)物體是動態(tài)的物體時,很難直接獲得較為準(zhǔn)確的深度測量數(shù)據(jù)。與此近似的是，針對于我們要進(jìn)行測量的物體，使用空間域相移法對得到較為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，有著更好的可實(shí)用性，但其較為不足的一點(diǎn)是，這種方法測量出來的精度較其他方法來說沒有很高。傅里葉變換法其作用機(jī)理是，通過對一個已知的圖像進(jìn)行離散采樣和對所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了深入的分析后，將其被取代的采樣信號在經(jīng)過了離散傅里葉變換后從其相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示頻域中表示出來。再次頻域中，通過了各種相關(guān)的處理方法，對所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理之后，將得到的數(shù)據(jù)通過逆傅里葉變化將其再次進(jìn)行表現(xiàn)，并將所得到的結(jié)果反應(yīng)制空域。通過在空谷中所得到的數(shù)據(jù)來對所測量的物體進(jìn)行計(jì)算深度的獲取。我們可以假設(shè)光柵圖像上每一個點(diǎn)位的光強(qiáng)，可以如下表示：Ix,其中：cx經(jīng)過傅里葉變換后可得到Gf由于Cf?f通過頻域?yàn)V波和傅里葉逆變換，我們可以得到時域的cx進(jìn)一步得到：φx其中Re和Im分別表示實(shí)部和虛部。（3）飛行時間法（Time-of-Flight,TOF）：用信號發(fā)生器向待測體發(fā)射一個信號，在此過程中，我們需要將其發(fā)出至接收的時間進(jìn)行測量，對其速度也將進(jìn)行記錄，通過此類數(shù)據(jù)來測量出物體在空間中的深度探測。對于這種時間間隔的測量方法，也有著很多種，一般分為以下兩種，分別為直接TOF和間接TOF。直接TOF測量方法主要是運(yùn)用較為敏感的硬件計(jì)數(shù)器來對時間進(jìn)行記錄，開始運(yùn)動時會發(fā)射出技術(shù)激光，在其結(jié)束時，反射波會進(jìn)行發(fā)射，這其中的時間便是所測量的時間間隔，但這種機(jī)器的價格較為昂貴，致使整個實(shí)驗(yàn)的成本也較為高。脈沖調(diào)制機(jī)制圖見1.6所示圖1.4脈沖調(diào)制原理圖直接TOF測量方法中,主要是通過電磁波來對信號進(jìn)行感應(yīng)，從而對其在發(fā)射到接收時的時間間隔進(jìn)行測量，其運(yùn)用的方法也是激光類，優(yōu)點(diǎn)是這種方法在進(jìn)行測量時，并不會因?yàn)榄h(huán)境的改變而有所改變，且其測量范圍也較其他的方法來說比較廣泛，測量敏感度也比較高;但為了在較為短的時間之內(nèi)對所進(jìn)行的高速脈沖進(jìn)行執(zhí)行，其對于硬件設(shè)施的要求很高，所以這種實(shí)驗(yàn)方法的成本相對較高。間接TOF測量將信號調(diào)制為特殊信號后再發(fā)射出去，其被物品表面經(jīng)過反射后到達(dá)接收裝置，通過接收和反射的時間間隔來對所測量的時間數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，從而得出結(jié)果。間接TOF主要的作用方式是連續(xù)頻率波形來對時間進(jìn)行測量，通過調(diào)制的方法來獲得精確的時間間隔，普遍為大眾所接受的是諧波調(diào)幅或者濾波調(diào)頻兩種方式，其作用機(jī)理是在信號進(jìn)行發(fā)送時，其相應(yīng)的頻率就會產(chǎn)生一個動態(tài)變化，由此產(chǎn)生的變換可以通過調(diào)制的方式來進(jìn)行接收，并且對該信號進(jìn)行分析，由此對于所傳輸和接收的目標(biāo)，其所在的位置與距離進(jìn)行實(shí)際的考量。在這種測試方法中，通常使用的都是連續(xù)的諧波，這一種測量方法的應(yīng)用發(fā)射機(jī)和接受器不必再特別需要很小的諧波動態(tài)測量范圍和調(diào)制帶寬,也不必再特別需要高速自動計(jì)數(shù)儀。發(fā)送器發(fā)送器連續(xù)波調(diào)制的原理圖如圖1.5所示[1]發(fā)送器發(fā)送器圖1.5連續(xù)波調(diào)制原理圖如圖1.5所示，我們可以將連續(xù)波的信號函數(shù)假設(shè)為：st反射波的信號為：gt從(1.9)和(1.10)可得，距離計(jì)算公式為：d=?（4）結(jié)構(gòu)光法:該方法基于光學(xué)三角結(jié)構(gòu)測距計(jì)算原理，如圖1.6，景象的深度變化X變?yōu)橄鄼C(jī)圖像上的像素位移X'，通過影射的景象構(gòu)造的區(qū)別和射出光的類別的不同一般有三類：單點(diǎn)結(jié)構(gòu)光、線段結(jié)構(gòu)光和平面結(jié)構(gòu)光法。圖1.6光學(xué)三角測量原理單點(diǎn)結(jié)構(gòu)光測量法：這種方法的優(yōu)點(diǎn)是所需要的設(shè)備較為簡單，一個光源發(fā)射器即可進(jìn)行整體數(shù)據(jù)的測量，寫其測量出來的數(shù)據(jù)精度也有所保障，但其也有著不可磨滅的缺點(diǎn)，這種方法所需要的時間較長，且相較而言，測量的效率也略有拖延，在實(shí)際的應(yīng)用中，很少有人會去采用這種方式來進(jìn)行測量。單線結(jié)構(gòu)光測量法：僅僅憑借一條簡單的光源紋路就可以對實(shí)驗(yàn)所需要的數(shù)據(jù)來進(jìn)行相關(guān)的測量，這種方式測試準(zhǔn)確度較低，但是單位時間完成的工作量較高。多線結(jié)構(gòu)光測量法；發(fā)光光源發(fā)射多條紋路，和單線結(jié)構(gòu)光法較為相似，其實(shí)際測量出的精度相對較低,單位時間完成的工作量較高，因?yàn)槭褂贸绦蚰軌虮憬莸氖褂眠@種技術(shù)，所以其在日常研究中較為研究者青睞。面結(jié)構(gòu)光測量法；其主要的運(yùn)營方法啊是通過光源發(fā)射出光線通過平面的數(shù)學(xué)圖像來進(jìn)行測量，盡管實(shí)際測試出的準(zhǔn)確度相對較低,但是其測量的速度卻是最高的[3]。結(jié)構(gòu)式發(fā)射光法以其具有的大量行程、巨視場、更高的精確程度、與光條相似的圖像數(shù)據(jù)相較于其他數(shù)據(jù)更容易進(jìn)行傳輸，且其受控情況較好，這些優(yōu)勢在近期得到了很多實(shí)驗(yàn)者的青睞。參考文獻(xiàn)[1]姚敏.數(shù)字圖像處理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.[2]霍宏濤.數(shù)字圖像處理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.[3]張德豐.MATLAB數(shù)字圖像處理[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，2009[4]基于相移的彩色結(jié)構(gòu)光編碼三維掃描技術(shù)[J].孫軍華,楊揚(yáng),張廣軍.光學(xué)技術(shù).2008(01)[5]格雷碼與相移結(jié)合的結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)研究[J].尹麗萍,于曉洋,吳海濱.哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào).2007(05)[6]結(jié)構(gòu)光法和相位移法的對比研究[J].趙天宇,吳易明,陳良益,朱立峰,劉宇波.科學(xué)技術(shù)與工程.2007(17) [7]Aflexiblenewtechniqueforcameracalibration.ZhangZhengyou.IEEETransactionsonPatternAnalysisandMachineIntelligence.2000[8]Locallyadaptivesupport-weightapproachforvisualcorrespondencesearch.YoonKJ,KweonIS.IEEEConferenceonComputerVisionandPatternRecognition(CVPR).2005[9]Multi-frequencyandmultiplephase-shiftsinusoidalfringeprojectionfor3Dprofilometry.LiE,PengX,XiJ,ChicharoJ,YaoJ,ZhangD.OpticsExpress.2005[10]High-speed3-Dshapemeasurementbasedondigitalfringeprojection.Huang,PeisenS,Zhang,Chengping,Chiang,Fu-Pen.OpticalEngineering.2003[11]Stripeboundarycodesforreal-timestructured-lightrangescanningofmovingobject