視覺三維重建技術
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-23
視覺三維重建技術的實例教程
基于視覺的三維重建關鍵技術研究綜述. 自動化學報, 2020, 46(4): 631-652. doi: 10.16383/j.aas.2017.c170502
三維重建經過數十年的發展, 已經取得巨大的成功?；?em>視覺的三維重建在計算機領域是一個重要的研究內容, 主要通過使用相關儀器來獲取物體的二維圖像數據信息, 然后, 再對獲取的數據信息進行分析處理, 最后, 利用三維重建的相關理論重建出真實環境中物體表面的輪廓信息?；?em>視覺的三維重建具有速度快、實時性好等優點, 能夠廣泛應用于人工智能、機器人、無人駕駛、SLAM (Simultaneous localization and mapping)、虛擬現實和3D打印等領域。三維重建技術的分類方法如下圖所示：
三維重建技術的分類
三維重建技術優缺點對比一覽
基于主動視覺的三維重建技術
基于主動視覺的三維重建技術主要包括激光掃描法、結構光法、陰影法和TOF技術、雷達技術、Kinect技術等。
1、激光掃描法
激光掃描法其實就是利用激光測距儀來進行真實場景的測量。首先, 激光測距儀發射光束到物體的表面, 然后, 根據接收信號和發送信號的時間差確定物體離激光測距儀的距離, 從而獲得測量物體的大小和形狀。
展開 三維重建主要通過使用相關儀器來獲取物體的二維圖像或三維點云等數據信息, 然后, 再對獲取的數據信息進行分析處理, 最后, 利用三維重建的相關理論重建出真實環境中物體表面的輪廓信息，廣泛應用于人工智能、機器人、無人駕駛、SLAM (Simultaneous localization and mapping)、虛擬現實和 3D 打印等領域, 具有重要的研究價值也是未來發展的重要研究方向。
三維重建技術分類如下圖所示
三維重建技術分類
目前三維重建方法較多，但主要聚焦在激光和視覺，因為二者能輸出較出色的重建效果，激光和視覺重建的效果又有一些差異：
激光重建精度較高，不受光線影響，但是不具有顏色屬性。
視覺重建精度一般，具有顏色屬性，但效果易受光線影響。
無論是激光和是視覺做三維重建都需要做特征匹配，但是匹配都不能保證精度足夠，在一些特征不好的時候，建圖的效果較差，所以一般會加入IMU做匹配約
束，IMU傳感器能智能地融合多軸陀螺儀和加速度計，即只用內部傳感器就可以得到測量數據，而不需要任何外界幫助，提供可靠的位置和運動識別。
IMU在三維重建中采用的方法一般是通過卡爾曼濾波器或者優化的預積分模型進行對匹配進行相對約束，能大大提升匹配的精度和魯棒性。
基于濾波的IMU融合框架如下圖所示
基于濾波的IMU融合
基于優化的IMU融合如下圖所示
基于優化的IMU融合
兩種融合方式都有其應用的優點，基于濾波的計算量小，基于優化的計算兩較大，精度一般高于濾波方法。
激光三維重建的匹配原理如下圖所示
激光三維重建過程
激光匹配的本質就是對應點關聯，做剛體變換完成，典型算法是ICP,NDT。
展開 事實上，這一傳感器組合采集的數據在很多路況下已經可以勝任高精地圖重建任務。目前道路上有大量乘用車已經安裝了帶有GNSS功能的行車記錄儀。一方面，行車記錄儀可以保證日常的行車安全需要。另一方面，記錄儀采集的原始數據可以通過網絡回傳到服務器，經過數據清洗工作后形成建圖數據集，并進一步通過地圖重建算法形成高精地圖。
由于傳感器成本較低，這樣的采集數據較之上文的“高富帥”方案精度較低，同時受路況和天氣的影響較大。因此在這種方案下，需要有很好的算法能力以及數據清洗能力，才能完成相應的高精地圖生產與更新。
GNSS+視覺解決方案13
對于這種性價比極高的眾包方案，技術上有很多難關要攻克。例如如何高效合理的對原始采集數據進行回傳與篩選，如何指定特定的區域進行更新，如何克服低價傳感器帶來的各種誤差，如何解決設備多樣性帶來的誤差等等。同時，如果真的將這種方式投入到規?；母呔貓D生產，還需要解決好法律上的測繪合規的問題。
本文要介紹的視覺重建算法，正是這種高性價比重建方案中的核心技術。接下來，將基于這種GNSS+視覺的采集方式，介紹一下幾類可行的視覺重建系統設計方案。
視覺重建的系統設計
基于不同業務場景，數據特點，研發人員可以為視覺重建設計不同的算法流程。這里簡單介紹三類：基于Structure-from-Motion的重建、基于深度網絡的視覺重建、基于語義的矢量化視覺重建。下面將一一進行介紹。
2.1 基于Structure-from-Motion的重建
在視覺高精地圖重建方面，Structure-form-Motion (SfM) 方案是非常常見的選擇。
展開 比如中國古代建筑全自動三維重建系統，能夠實現全自動三維建模，即從底層圖像處理到生成最終的三維模型，全部自動實現，無需人工交互。它對圖像的拍攝方式也無特殊約束和限制，只需手持自由拍攝即可。在精度上，也與激光掃描精度相當，精度小于3cm/100米，通過配備更高像素數量的相機和長焦鏡頭還可以實現毫米級重建。
此外，在實時定位與在線三維重建方面，機器視覺也具有極大的應用潛力。將手機上攝像頭讀取的視頻作為輸入，通過初始化、特征點提取、動態模板特征點匹配、幾何變化計算階段后得到視頻每一幀中感興趣區域的位置。
目前，我國基于機器視覺的三維重建技術在國際上可以說處于領先地位，應用也比較廣泛。除了上述之外，還能用在一些不太適合人工作業的環境監測方面，像對露天煤礦的監測，就是通過無人機對煤礦進行全方位拍攝，生成三維模型來實時監測礦山的變化。此外，也能應用于城市規劃、數字媒體、三維試衣、牙模制造等多方面。
未來發展趨勢
由于機器視覺是自動化的一部分，沒有自動化就不會有機器視覺，機器視覺軟硬件產品正逐漸成為協作生產制造過程中不同階段的核心系統，無論是用戶還是硬件供應商都將機器視覺產品作為生產線上信息收集的工具，這就要求機器視覺產品大量采用標準化技術，直觀地說就是要隨著自動化的開放而逐漸開放，可以根據用戶的需求進行二次開發。
當今，自動化企業正在倡導軟硬一體化解決方案，機器視覺的廠商在未來十年內也應該不單純是只提供產品的供應商，而是逐漸向一體化解決方案的系統集成商邁進。隨著中國加工制造業的發展，對于機器視覺的需求也逐漸增多。隨著機器視覺產品的增多，技術的提高，國內機器視覺的應用狀況將由初期的低端轉向高端。由于機器視覺的介入，自動化將朝著更智能、更快速的方向發展。
展開 摘要
本文針對智能制造領域機器人視覺感知中的三維視覺成像技術進行綜述,系統地總結了一些有代表性的機器人視覺成像方法的特點和實際應用中的局限性,內容涉及飛行時間三維成像、點線掃描三維成像、色散共焦成像、結構光投影三維成像、光學偏折成像、單目與多目立體視覺三維成像和光場成像等。繪制了各種視覺成像的圖譜,并探討了機器人手眼系統最佳三維成像方法。
在工業4.0時代，國家智能制造高速發展，傳統的編程來執行某一動作的機器人已經難以滿足現今的自動化需求。在很多應用場景下，需要為工業機器人安裝一雙眼睛，即機器人視覺成像感知系統，使機器人具備識別、分析、處理等更高級的功能，可以正確對目標場景的狀態進行判斷與分析，做到靈活地自行解決發生的問題。
一、機器視覺系統組成
典型的機器視覺系統可以分為：圖像采集部分、圖像處理部分和運動控制部分?；赑C的視覺系統具體由如圖1所示的幾部分組成：
圖1 機器視覺系統組成
①工業相機與工業鏡頭——這部分屬于成像器件，通常的視覺系統都是由一套或者多套這樣的成像系統組成，如果有多路相機，可能由圖像卡切換來獲取圖像數據，也可能由同步控制同時獲取多相機通道的數據。根據應用的需要相機可能是輸出標準的單色視頻（RS-170/CCIR）、復合信號（Y/C）、RGB信號，也可能是非標準的逐行掃描信號、線掃描信號、高分辨率信號等。
②光源——作為輔助成像器件，對成像質量的好壞往往能起到至關重要的作用，各種形狀的LED燈、高頻熒光燈、光纖鹵素燈等都容易得到。
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軟件介紹
VolViz CT三維可視化軟件可將CT掃描獲取的薄層文件進行三維重建并渲染出圖。
在使用軟件的可視化功能前，需采用文件菜單下的“構建3D模型”功能對斷層掃描文件進行三維重建，軟件支持png、jpg、bmp、tif、tiff等格式的CT斷層掃描文件。構建完成后點擊“加載3D模型”，并設置模型的尺寸信息，即可進行模型的可視化查看?？梢暬{整完成后
上期我們深入講解了波場合成技術 (WFS) 及其在電影院、歌劇院、體育場館等娛樂場所的空間聲重放應用。相信大家還記得，WFS 雖然能實現高質量聲場重構，但需要幾百通道的揚聲器陣列，堪稱聲學領域的 "土豪級" 系統。
那么，有沒有更加經濟實用、部署更靈活的三維聲場重構方案呢？
今天，我們就來系統介紹另一種主流的聲場重構技術 ——高階 Ambisonics (HOA)。從基本原理
一、引言
在《3DGS技術詳解（一）：3DGS如何融合動態天氣與光照等環境因素？》文章中，我們系統梳理了3D高斯潑濺（3DGS）如何突破靜態重建的局限，實現對動態天氣、移動光源等復雜環境因素的建模與仿真。這標志著3DGS已不再僅僅是“高保真場景重建工具”，而開始具備承載真實世界多變性的潛力。
然而，一個能夠以假亂真的視覺場景，對于自動駕駛仿真、數字孿生等工業應用而言，仍然只是起點。仿真系統的真正價值
2026華南國際工業博覽會
2026第29屆華南國際工業自動化暨機器視覺展
時間： 2026年6月10-12日
地點：深圳國際會展中心（寶安新館）
展示產品：工業自動化、機器視覺、機器人、激光、數控機床與金屬加工、測試測量、新一代信息技術與應用、工業互聯網、CMM電子制造自動化
漢諾威米蘭展覽（上海）有限公司 漢諾威米蘭星之球展覽（深圳）有限公司 東浩蘭生會展（深圳）有限公司
上篇文章介紹了基于圖像進行混凝土細觀模型的幾何重構法，詳細步驟可查看下面的連接。
ABAQUS二維混凝土細觀模型的數字化重建技術(一)幾何重構
https://www.yqgqt.org.cn/post/1990726
本篇介紹二維混凝土細觀模型在ABAQUS
在基于ABAQUS開展混凝土細觀力學模擬時，數字化重建技術是構建能夠真實反映混凝土內部多相結構（如骨料、砂漿、界面過渡區ITZ及孔隙等）的關鍵前置步驟?；炷良氂^模型研究中主流的數字化重建方法主要分為以下兩類：一是幾何重構法，從CT或照片圖像中提取真實骨料輪廓，通過AutoCAD等軟件重建混凝土骨料、ITZ幾何模型，再導入ABAQUS進行網格劃分；二是圖像映射法，將混凝土高分辨率掃描圖像通過預處理將不同材料進行顏色區分后
01/簡介
零波像差雙遠心物鏡以“視場全域波前畸變趨近于零、物像比例恒定”的特性，成為3D NAND、精密微納制造等場景的核心光學器件，但其對成像模型的維度適配性提出嚴苛要求。
二維矢量成像模型雖能滿足平面圖形的偏振態表征需求，卻因忽略深度方向光場耦合與厚掩模衍射效應，無法適配三維堆疊圖形的成像預測。三維矢量成像模型通過全空間矢量光場建模，可精準捕捉雙遠心光路下三維偏振演化與深度衍射規律
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01/簡介
零波像差非雙遠心物鏡憑借“波前畸變趨近于零、適配大視場與復雜物距場景”的優勢，在精密光刻、微納檢測等領域廣泛應用，但其視場邊緣物像比例變化特性，對成像模型的維度適配性提出更高要求。
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