光学三维测量技术及其应用

结构光辅助三维测量
利用投影装置投射编码结构光在 待测物体表面，用于获取得到物 体表面的三维结构分布。
投射条纹结构光场
投影
计算折叠相位
待测物体
计算展开相位
单视点深度图像三维重建
结构光辅助三维测量
激光跟踪仪
激光跟踪头发出的激光射到反射器 上，又返回到跟踪头，当目标移动 时，跟踪头调整光束方向来对准目 标。返回光束为检测系统所接收， 用来测算目标的空间位置。
可移动文物三维成像系统
三维结果：依次为实物、单面深度像、匹配多深度像、融合三维、彩色纹理显示
动态角测量系统
采用双目立体视觉方法，对于空间中的摆动角度构尺寸数字化快速检测装置
研制大面积、多区域的二维网格结构高精度快速自动化检测技术，同时研制出相应 的检测仪器，为试验筛等二维网格结构几何尺寸的高精度快速检测提供技术和装备。
扫描技术
利用彩色CCD对物体不同高度表面进行清晰成像，由Z轴扫描装置沿竖直 方向进行扫描，再根据XY二维平移平台得到视场内被测物体表面数据点的空 间三维坐标。
无限变焦扫描（Infinite Focus ，IF）
能获得密集的面形3D数据（x、y、z），方便量化表面参数；同时能 够得到表面的真实纹理和色彩信息，使测量更加准确和灵活。 属于光学非接触测量，可测量反射特性变化较大的材料表面。 可测量梯度较大，形状结构复杂的表面，最大可测80度倾角，纵向分 辨率可达10 nm。 可同时测量表面轮廓、形状及粗糙度等。
激光干涉测量 基本原理： 相干光干涉测量。迈克耳逊、索菲、马赫-泽德干涉仪……
测量口径: 150 mm 参考镜精度：≥λ/20 条纹分辨率：≥180条纹 测量重复性：优于λ/300
相移干涉测量法
光学表面面形测量， 如平面度。
无限变焦扫描（Infinite Focus ，IF） 基本原理：
变焦技术 +
白光干涉扫描
利用超短相干长度的白光形成多波长干涉条纹（0相位点）作为特征，结 合扫描技术测量物体表面3D形貌。
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单色光干涉
多波长干涉
允许光程差：3 μm
Z向分辨率：0.1nm 测量范围：150 mm x150 mm
激光共聚焦扫描
共焦成像 + 扫描测量
激光共聚焦扫描 成像对比度增强。
多相机立体视觉测量
使用预先标定的双相机或多相机 对于空间中的特定点成像，通过 成像面的像素坐标位置，结合标 定参数，可以计算得到空间中点 的三维坐标。
多相机立体视觉测量
相机观察的空间点可以使用投 影原理投射在平滑表面，用于 获取空间点坐标连续分布。
使用光学或数字相机对于待测物体不同角度拍摄像片，经过处 近景摄影测量 理以获取被摄物体的形状、大小、位置、特性及其相互关系。
光学三维测量技术及其应用20170808内容提要光学三维测量需求光学三维测量技术简介已有工作基础及其应用结构装配运行过程分析光学三维测量需求工业应用场景工件在线检测逆向仿制结构分析精密测量检测空间位置光学三维测量需求几何量测量空间姿态三维形貌几何量参数缺陷光学三维测量需求民用场景人机交互文物数字化人体三维扫描安防三维识别运动跟踪医疗应用光学三维测量技术简介光学参量测量
各种原型机
相位辅助三维显微数字成像
将三维数字成像与建模体系结构引入显微结构中，通过修改的双目体视显微镜，实 现显微结构的条纹投影、相位重建、深度数据获取，从而获得定量显微三维成像。
设备结构图与实物图
相位辅助三维显微数字成像
拍摄的实际显微物体，视场3mm
三维显微成像系统分辨率表征
使用USAF1951分辨率板，验证横向分辨率为3.1微米（2X物镜，NA0.83）
人机交互
人体三维扫描
文物数字化
安防三维识别
运动跟踪
医疗应用
光学三维测量技术简介
光学参量测量： 激光干涉测量 无限变焦扫描 白光干涉扫描 激光共聚焦扫描 数字全息显微
多视角立体几何： 激光三角测量 多相机立体视觉测量 近景摄影测量 结构光辅助三维测量
其他测量技术： 激光跟踪仪 室内GPS 工业CT
光学三维测量技术及其应用
2017.08.08
• 内容提要
光学三维测量需求 光学三维测量技术简介 已有工作基础及其应用
光学三维测量需求（工业应用场景）
结构装配
工件在线检测
运行过程分析
逆向仿制
结构分析
精密测量检测
光学三维测量需求（几何量测量）
空间位置
空间姿态
三维形貌
几何量参数
缺陷
光学三维测量需求（民用场景）
室内GPS
工业CT
根据各个透射方向上各体积元 的衰减系数从不同，按照一定 的图像重建算法，即可获得被 检工件内部三维结构。
现有工作基础及其应用
结构光辅助三维成像系统 结构光辅助三维显微数字成像 人体三维扫描 可移动文物三维成像系统 动态角测量系统 网格平面结构尺寸数字化快速检测装置
结构光辅助三维成像系统
共焦系统上集成相移干涉、 白光干涉测量模块。 单点扫描，面扫描模式。
可测量超光滑表面及粗糙表 面。
数字全息显微
使用全息干涉技术记录物体的 三维表面形貌，通过计算机数 字再现三维信息。
激光三角测量
三角测量法是目前应用最为广泛的 三维测量方法之一。采用该方法的 扫描仪有部分使用激光作为投射光 源，因此通常被称为激光扫描仪。
使用天津微纳加工中心加工标准件验证，纵向分辨率优于1微米。
人体三维扫描
人体扫描彩色贴图
直接获取的模型只包含空间三维坐标信息。通过附加的彩色相机，可以得到彩色三 维模型。使用彩色3D打印机，可将彩色三维模型打印输出得到彩色三维实体模型。
可移动文物三维成像系统
三维数字成像与建模系统用于文物三维成像：可移动文物的三维数字化与显示。