计算机视觉
图像处理

激光散斑原理

      激光散斑:激光在散射体表面的漫反射或通过一个透明散射体(如毛玻璃)时,在散射表面或附近的光场中可以观察到一种无规分布的亮暗斑点,这种斑点称为激光散斑(Laser Speckles)。
激光散斑是由无规散射体被相干光照射产生的,因此是一种随机过程。要研究它必须使用概率统计的方法。通过统计方法的研究,可以认识到散斑的强度分布、对 比度和散斑运动规律等特点。最重要的特点就是,这种散斑具有高度的随机性,而且随着距离的不同会出现不同的图案,也就是说,在同一空间中任何两个地方的散 斑图案都不相同。只要在空间中打上这样的结构光然后加以记忆就让整个空间都像是被做了标记,然后把一个物体放入这个空间后只需要从物体的散斑图案变化就可 以知道这个物体的具体位置。
应用:用散斑的对比度测量反射表面的粗糙度;利用散斑的动态情况测量物体运动的速度;利用散斑进行光学信息处理,甚至利用散斑验光等。
激光在成像领域极具潜力。但“光斑”问题却一直困扰着人们:当传统激光器被用于成像时,由于高空间相干性,会产生大量随机的斑点或颗粒状的图案,严重影响成像效果。一种能够避免这种失真的方法是使用LED光源。但问题是,对高速成像而言,LED光源的亮度并不够。
结构光:首先将结构光投射至物体表面,再使用摄像机接收该物体表面反射的结构光图案,由于接收图案必会因物体的立体型状而发生变形,故可以试图通过该图案在摄像机上的位置和形变程度来计算物体表面的空间信息。普通的结构光方法仍然是部分采用了三角测距原理的深度计算。
与结构光法不同的是,Light Coding的光源称为“激光散斑”,是激光照射到粗糙物体或穿透毛玻璃后随机形成的衍射斑点。这些散斑具有高度的随机性,而且会随着距离的不同而变换图 案。也就是说空间中任意两处的散斑图案都是不同的。只要在空间中打上这样的结构光,整个空间就都被做了标记,把一个物体放进这个空间,只要看看物体上面的 散斑图案,就可以知道这个物体在什么位置了。当然,在这之前要把整个空间的散斑图案都记录下来,所以要先做一次光源标定。
概括一下,Light Coding与传统的ToF、结构光技术的不同之处在于:

1)和传统的ToF、结构光的光源不同,激光散斑是当激光照射到粗糙物体或穿透毛玻璃后形成的随机衍射斑点;

2)不需要特制的感光芯片,只需要普通的CMOS感光芯片;

3)Light Coding技术不是通过空间几何关系求解的,它的测量精度只和标定时取的参考面的密度有关,参考面越密测量越精确。传统结构光方法采用三角视差测距,基 线长度(光源与镜头光心的距离)越长越好。换句话说,不用为了提高精度而将基线拉宽。这其中的奥秘就是“激光散斑原理”。

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