三维扫描技术用于获取并分析现实世界中物体、环境的形状（几何构造）与外观数据（如颜色、表面反射率等属性）。获取的信息可用于在虚拟世界中建立对应的数字模型，在工业设计、瑕疵检测、逆向工程、机器导航、地貌测量、医学研究、生物信息、刑事鉴定、数字文物保护、电影制片、游戏制作等领域有着广泛的应用。

三维扫描技术根据其实现原理可以分为接触式（contact）与非接触式（non-contact）两类（图 2.1）。其中，接触式三维扫描仪通过实际接触物体表面计算深度。此类方法获取数据精度高，一般用于工程制造业。然而接触式扫描有损坏待测物体的可能，另外其测量速度较慢，远低于结构光等非接触式扫描方法。
非接触式扫描又可分为被动扫描（passive）与主动扫描（active）两类方法。其中被动扫描方法不发射能量用于传感，而仅利用被动接受的信号。其具体又可以分为立体视觉技术（stereoscopic）、来自运动的结构（structure frommotion）、来源于影的形状（shape from shading）、光度立体法（photometricstereo）等[16]。被动扫描方法不需要特殊的硬件支持，设备成本较低,并可用于较大场景及户外物体。然而被动扫描方法对物体表面光照纹理条件有需求，且一般计算复杂度高、算法鲁棒性较低。
主动式扫描方法可以将可控光源或其它任何形式的能量投射至物体，藉由能量的反射来计算出三维空间信息。常见的投射能量有可见光、红外光、超音波与X 射线等。主动式扫描方法具体又可分为三角测距（triangulation measurement）、飞行时间测距（time-of-flight）、调变光（modulated lighting）、结构光（structured light）等方法[17]。其中，基于三角测距的激光扫描与结构光扫描是常用的商用三维扫描方法，如图 2.2 所示。下面我们简要介绍激光扫描与结构光扫描的原理。

三维扫描与深度相机技术综述
发射器发射激光到待测物体表面，利用相机拍摄物体上的激光点。由于待测物到激光扫描仪的距离不同，激光光点在相机画面中的位置亦不同。激光光点、相机、激光发射器三者构成三角形位置关系。通过相机定标技术，可求解出相机的内部参数，并可计算出激光发射器与相机的相对位置关系。通过拍摄画面中激光光点的位置，可以确定激光光线与相机视线这两条射线，在此三角形中可求出激光光点到相机的距离。为了提高测量效率，一般以线激光条纹取代单一激光光点，将激光线投射至待测物体进行扫描，加速了整个测量的进程。另外可将物体放置在云台上进行平移或旋转，从而扫描出物体表面完整的几何信息。进一步，人们考虑将投影仪替换激光发射器，通过向待测物体投射特定的二维图案或图案序列来确定测量三角形。比如图 2.4 中的结构光扫描仪，通过投影不同宽度的条纹图案，可以达到与发射多条线激光条纹同样的效果[17]。利用这种思路实现的结构光扫描仪，可以快速重建出待测物体一个角度上完整的几何数据，测量速度相对激光扫描仪明显提高。

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