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3D 智慧演算法 – 將雷射線轉換為高度剖面圖

雷射三角測量:從雷射線到高度剖面圖

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雷射三角測量的工作原理是將雷射光線投射到物體上,並在 CMOS 感測器上以特定角度捕捉其反射光。當觀察 CMOS 感測器上的一列像素時,光強度會形成高斯曲線(並產生一個峰值)。 

感測器內建四種可選用的演算法,用於將這組反射數據曲線轉換為高度或位置資訊。從單一影像中計算出的雷射線位置稱為「輪廓」,代表目標物體的橫截面。透過移動感測器或物體,即可收集多個高度輪廓,進而生成物體的完整 3D 模型。 


最大強度剖面模式 (MAX)

在此模式下,系統會計算雷射光束輪廓中最大強度的位置。輸出內容包含:
  • 最大點(𝑃MAX)的位置
  • 最大強度值 (𝐼MAX)
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位置以像素為單位精確確定(例如,對於 3072 行,範圍為 0 至 3071 像素,對應於 12 位元解析度)。若存在多個局部極值(例如因強度飽和所致),則輸出第一個被偵測到的極值位置。可透過使用額外的感測器功能來避免強度飽和

閾值模式 (TRSH)

在此演算法模式下,會根據預設的強度閾值來識別雷射光斑輪廓的左側(𝑃𝐿) 與右側(𝑃𝑅)邊緣位置。

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雷射線的最終位置是根據平均值計算得出的:

𝑃TRSH=(𝑃𝐿+𝑃𝑅)²。

重心模式 (COG)

在此模式下,將計算雷射光束輪廓的重心。為此,將計算以下參數:
  • 在給定強度閾值下,雷射光束輪廓的 左邊緣位置 (𝑃𝐿)
  • 強度值的總和 (𝐼𝑆):𝐼𝑆 = ∑𝐼𝑝
  • 一階慣性矩 (𝑀𝑆):𝑀𝑆 = ∑(𝐼𝑝 × 𝑃)
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隨後,可透過以下公式獲得雷射線的位置值(光斑輪廓的重心):

𝑃𝐶𝑂𝐺=𝑃𝐿+𝑀𝑆𝐼𝑆

此演算法可實現高亞像素精度,且透過將強度總和 (𝐼𝑆) 除以線寬進行歸一化,亦可計算出雷射光束的平均強度。


FIR 峰值模式 (FIRPeak)

此模式用於計算雷射光束輪廓的強度高斯曲線的一階導數

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系統會偵測一階導數的零交叉點,並以亞像素級的精確度輸出結果。此方法需設定兩個閾值才能有效運作。


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