光学三维测量技术
现代光学三维测量原理
现代光学三维测量原理概述：现代光学三维测量原理是一种利用光学原理进行三维空间测量的方法。
通过测量目标物体上的特征点或表面形状，利用光学仪器和相应的算法，可以获取目标物体的三维坐标信息。
本文将详细介绍现代光学三维测量原理的基本概念、测量方法、仪器设备和应用领域。
一、基本概念1. 光学三维测量：利用光学原理进行三维空间测量的方法。
2. 特征点：目标物体上具有明显边缘或特殊纹理的点，用于测量和定位。
3. 表面形状：目标物体表面的几何形状，包括曲面、平面等。
4. 三维坐标：目标物体在三维空间中的位置坐标，通常用X、Y、Z表示。
二、测量方法1. 三角测量法：利用三角关系计算目标物体的三维坐标。
通过测量目标物体上的特征点在不同视角下的投影位置，利用三角关系计算出目标物体的三维坐标。
2. 相位测量法：利用光波的相位差来测量目标物体的三维形状。
通过测量光波在目标物体表面的相位差，可以得到目标物体表面的高程信息。
3. 结构光测量法：利用结构光投射到目标物体上产生的图案来测量目标物体的三维形状。
通过测量图案在目标物体上的形变，可以得到目标物体的三维形状信息。
三、仪器设备1. 光学测量仪：包括光学投影仪、相机、激光器等。
光学投影仪用于产生特定的光学图案，相机用于捕捉目标物体上的图案，激光器用于产生激光束。
2. 影像处理系统：用于处理相机捕捉到的图像，提取特征点和计算三维坐标。
3. 计算机系统：用于控制测量仪器和处理测量数据，进行三维坐标计算和可视化显示。
四、应用领域1. 工业制造：用于产品质量检测、零件尺寸测量等。
可以实现非接触式、高精度的三维测量，提高生产效率和产品质量。
2. 地质勘探：用于地质构造的测量和分析。
可以获取地表和地下的三维形状信息，帮助研究地质变化和资源勘探。
3. 医学影像：用于医学影像的三维重建和分析。
可以获取人体器官的三维形状和表面特征，帮助医生进行诊断和手术规划。
4. 文化遗产保护：用于文物的三维数字化和保护。
浅谈光学三维测量技术
浅谈光学三维测量技术光学三维测量属于非接触式光学面形测量方法，能快速准确测量出物体的表面形状，被广泛地应用在机械、电影等领域。
文章概述了光学三维测量技术的分类，介绍了几种常见的光学测量技术及其在各个领域的应用。
标签：光学三维测量；三维激光扫描；面结构光光学三维测量是指运用光学方法获取物体表面的三维立体坐标的技术。
光学三维测量利用现代光学技术成就，结合光电子学、计算机图像处理等学科成就发展起来的一种先进测量技术。
1 光学三维测量的分类图1 光学三维测量技术分类图光学三维测量技术按测量原理可以分为摄影测量方法、结构光技术和光学干涉方法。
摄影测量法是基于多视角的非主动式测量方法。
在普通照明（阳光、日光灯）情况下，由摄像头获取多视角物体图像，利用计算机查找多幅图像的同态标记点，进而获得物体的表面形貌。
结构光技术通过不同宽度且明暗相间的结构光照射被测物体表面，获取到的经物体调制的图像，再经过计算获取物体的立体形貌信息。
光学干涉法是利用干涉原理进行测量，具有高精度、高分辨率等优点。
以下介绍几种常见的光学三维测量方法。
图2 三维激光扫描工作原理图三维激光扫描技术根据光学三角形测量原理，以激光作为光源，光电探测器接收反射光，通过对采集到数据进行计算得到物体的深度信息。
三维激光扫描仪包括发射器和接收器。
发射器射出一束脉冲激光，激光经过物体表面漫反射，沿相同路线射入接收器。
由脉冲激光发射到反射被接收的时间tL可计算出扫描点到扫描仪的距离值S。
扫描仪内精密测量系统获取每个激光脉冲的水平方向角α和垂直方向角度β。
依据上述数据计算出扫描点的三维空间坐标（XP、YP、ZP）[1]。
双目视觉技术属于摄影测量方法，是通过视差原理被动测量三维数据的技术。
双目视觉技术测量物体三维形貌的原理是，从两个或以上的视角去观察一个物体，获得多张不同视角下物体的二维图片，根据三角测量原理得出同一个像素点的坐标偏差，以此获得测量物体的三维形态。
光学三维扫描仪原理
光学三维扫描仪原理
光学三维扫描仪是一种通过光学原理实现物体三维信息获取的设备。
其原理基于光学测量和图像处理技术，使用扫描仪内部的激光器发射一束光线照射到待测物体表面，然后通过一组镜头或光学系统对反射回来的光线进行捕捉和记录。
光学扫描仪通过改变光线的入射角度和位置，以及记录物体表面的反射光线信息，来获取物体表面的形状和纹理细节。
通过扫描仪的高速数据捕捉功能，能够准确地获取物体表面的坐标位置和颜色信息。
在光学扫描过程中，激光器发射的光束会在物体表面发生折射、反射和散射。
扫描仪会采集反射回来的光线，并通过镜头或光学系统将光线聚焦到光电探测器上。
光电探测器会将反射光线转化为电信号，并传输给计算机系统进行处理。
通过对多个不同角度和位置的光线进行捕捉和记录，光学三维扫描仪可以获取整个物体表面的三维坐标信息。
计算机系统会根据捕捉到的数据点，生成物体的三维模型或点云，并进行后续的数据处理和分析。
除了获取物体的形状信息，光学三维扫描仪还可以获取物体表面的纹理细节。
通过记录光线与物体表面的散射情况，扫描仪可以获取物体表面的纹理图像，用于精确还原物体的外观特征。
在实际应用中，光学三维扫描仪具有高精度、高效率和非接触等优点，已广泛应用于制造业、工艺设计、文化遗产保护等领
域。
通过光学原理的应用，光学三维扫描仪能够准确获取物体的三维信息，为多个领域的研究和应用提供了强大的技术支持。
三维测量方法总结
三维测量方法总结概述：三维测量是指通过测量对象在三个方向上的空间坐标，来获取对象的三维形状和位置信息的过程。
它在工程、制造、建筑等领域中广泛应用，能够提供高精度、全面的测量数据，为各行各业的设计、分析和生产提供重要支持。
传统三维测量方法：传统的三维测量方法主要包括直接测量法和间接测量法。
直接测量法是通过使用测量仪器直接测量对象的空间坐标来获取其三维信息，常见的仪器有全站仪、激光测距仪等。
间接测量法则是通过测量对象的相关参数，并利用数学模型计算得到其三维信息。
传统的三维测量方法在一定程度上受限于测量精度、测量范围和测量效率等问题。
现代三维测量方法：随着科技的发展，现代三维测量方法不断涌现，使得测量精度和效率有了更大的提升。
以下介绍几种常见的现代三维测量方法。
1. 光学三维测量法：光学三维测量法是利用光学原理进行测量的方法，常见的技术包括结构光投射、视觉测量、干涉测量等。
其中，结构光投射是通过投射编码光纹或光栅到被测物体上，然后通过相机捕捉图像，利用图像处理算法计算出物体的三维坐标。
视觉测量则是通过相机拍摄物体的影像，通过对图像进行处理和分析，得到物体的三维形状和位置信息。
干涉测量则是利用光的干涉原理来测量物体表面的形貌和位移信息。
2. 激光雷达测量法：激光雷达测量法是一种利用激光束扫描地面或物体来获取其三维信息的方法。
激光雷达通过发射激光束，并接收反射回来的激光信号，通过计算激光的飞行时间和光的速度，可以确定目标物体的距离。
通过扫描多个角度，可以获取物体在三维空间的坐标信息。
激光雷达具有高精度、长测量距离和快速测量速度等优点，被广泛应用于地形测量、建筑物测量和无人驾驶等领域。
3. 三维扫描测量法：三维扫描测量法是利用激光扫描仪或光学扫描仪对物体进行扫描，获取其表面的三维点云数据。
通过对点云数据进行处理和重建，可以得到物体的三维形状和位置信息。
三维扫描测量法具有非接触、全面性和高精度等特点，适用于复杂形状和大范围的测量任务，被广泛应用于逆向工程、文物保护和数字化建模等领域。
光学测量三维形貌的综述汇总
光学测量三维形貌的综述摘要。
我们首先对使用各种光学方法对三维形貌的测量进行了概述。
然后，我们着重介绍结构光技术，以及结构光技术的各种光学配置，图像采集技术，数据后处理和分析方法以及此技术的优势和局限性。
并展示了一些工业应用的例子。
对需要进一步研发的重要领域进行了讨论。
文章最后，对有关三维形貌测量的参考文献做了总结，虽然并不旨在完全详细的。
2000年光照片仪表工程师学会。
关键词：三维形貌测量，坐标测量，光学方法，综述。
1999年7月12日接收论文；1999年8月23日接收修订稿；1999年8月23日准许出版。
1 引言在工业上，对精确测量物体的三维形貌测量有需求，以加速产品的开发和保证制造质量。
三维形貌测量的应用包括智能机器人的控制，车辆引导的障碍物检测，模具开发的尺寸测量，冲压面板的几何检查，应力/应变以及振动的精确测量。
此外，自动在线检测与识别的问题可以转换成三维塑造对象的测量，例如车身面板油漆缺陷和凹痕检查。
近来，随着计算机技术的发展，再加上数码影像设备，电光元件，激光等光源设备的发展，现在三维形貌测量中的一些技术已经被成功地商业化。
对于一个小规模的深度或形貌，使用共焦显微镜或者其他三维显微镜可以达到微米甚至纳米级精度的测量。
然而，关键是相对准确性或测量深度的一部分。
这对大尺寸的形貌测量形成一个真正的挑战。
例如，0.5米深度的测量如何才是准确的？此外，对于大尺寸的深度和形貌测定，通常需要更多的摄像机和照相机的位置来获得多个形貌从而最终拼合整体的大形貌。
这就引出了如何高精度拼接这些形貌以及进行局部和全局坐标转换。
这随后产生另一个要解决的问题，即克服镜头畸变和像差。
三位形貌测量后的数据必须与计算机辅助工程（CAE）模型进行比对。
本文对使用各种光学方法的三维形貌的测量进行了概述。
然后，着重于结构光测量系统，来测量较大尺寸和360度的形貌。
然后，概述了各个细节方面，如绝对相位测量，结构光光源，图像采集传感器，摄像头模型和标定，随后讨论了全局和局部坐标转换方法。
光学测量三维形貌的综述汇总
光学测量三维形貌的综述汇总光学测量三维形貌是一种非接触式的测量技术，可以实时且非破坏地获取物体表面的三维形貌信息。
这种测量技术在工业制造、医学、文化遗产保护等领域具有广泛的应用。
本文将综述光学测量三维形貌的原理、方法、应用以及未来的发展方向。
光学测量三维形貌的原理是基于光的散射与反射特性。
光线在物体表面的反射或散射会受到物体表面形貌的影响，通过测量光线的变化可以确定物体表面的形状和高度信息。
光学测量三维形貌的主要方法可以分为三种：三角法、光栅投影法和相位移法。
三角法是光学测量三维形貌最常用的方法之一、它基于三角形的几何关系，通过测量物体表面上多个点与光源之间的距离和角度，计算出物体表面的形状和高度信息。
这种方法简单直观，测量精度较高，适用于表面比较平整的物体。
光栅投影法是一种通过投射光栅纹影来测量三维形貌的方法。
它利用光栅的周期性纹理，在物体表面投射一组光栅纹影，通过测量光栅纹影的形变和位移，推导出物体表面的形状和高度信息。
这种方法适用于表面比较复杂的物体，如曲面和薄膜。
相位移法是一种通过测量光波的相位变化来计算三维形貌的方法。
它利用光的干涉原理，通过在物体表面上投射一组相干光束，并通过相位移的测量得到物体表面的高度信息。
这种方法具有测量精度高、适用范围广的优点，但需要复杂的光学系统和数据处理算法。
光学测量三维形貌在工业制造中有广泛的应用。
例如，在汽车制造中，可以用光学测量技术来评估车身的质量和精度；在航空航天制造中，可以利用光学测量技术来检测飞机表面的缺陷和变形；在电子制造中，可以通过光学测量技术对电路板和芯片进行形貌测量。
在医学领域，光学测量三维形貌也具有重要的应用。
例如，可以利用光学测量技术来测量人体的表面形貌，用于人体测量、假肢制造和医学成像；还可以利用光学测量技术对生物组织的表面形貌进行分析和诊断。
光学测量三维形貌的未来发展方向主要包括提高测量精度、扩展测量范围和提高测量速度。
随着光学技术、图像处理算法和计算机性能的不断提高，光学测量三维形貌的应用将更加广泛。
光学三维测量技术应用举例并解析
光学三维测量技术应用举例并解析
光学三维测量技术是一种通过光学原理和数学模型来测量物体三维形态和位置的技术，可以应用于很多领域。
以下是一些光学三维测量技术的应用举例：
1. 航空航天：光学三维测量技术可以用于飞机、火箭、卫星等的设计、制造和维护中。
例如，利用激光三角测量法和相移法可以快速测量飞机机翼、机身的形态尺寸和表面粗糙度；利用三维扫描仪可以对航空设备进行三维建模，方便进行数字化制造。
2. 汽车制造：光学三维测量技术可以应用于汽车设计、制造、测试和维护中。
例如，在汽车制造过程中，可以利用激光三角测量仪对车身各部位进行快速、高精度的三维测量，以保证车身的精度和稳定性；利用三维扫描仪可以对汽车零部件进行三维建模。
3. 医疗领域：光学三维测量技术可以用于医学成像、手术导航和矫形医疗等领域。
例如，在牙科矫形过程中，利用激光三角测量仪可以快速，准确地测量牙齿位置和尺寸，以确定矫形方案。
4. 文化遗产保护：光学三维测量技术可以应用于文化遗产保护，如对文物、建筑、遗址等进行三维测量和数字化保护。
例如，利用三维激光扫描仪可以对文物、
建筑等进行全面而精确的三维数字化保护，方便后续保护、修复和展示。
总之，光学三维测量技术是一种非常实用的测量技术，可以在各个领域得到广泛应用，为很多工作带来了便利和效率提高。
三维测量原理
三维测量原理三维测量是一种非常重要的测量方法，它可以在三个方向上获取物体的尺寸和形状信息。
在工业制造、建筑设计、医学影像等领域都有着广泛的应用。
三维测量的原理是基于光学、机械、电磁等技术，通过精密的仪器设备和复杂的算法来实现。
本文将介绍三维测量的基本原理和常见的技术方法。
首先，我们来看光学三维测量的原理。
光学三维测量是利用相机和投影仪等光学设备，通过测量物体表面的光照信息来获取其三维形状。
这种方法可以分为结构光投影和立体视觉两种。
结构光投影是通过投射编码的光条或光斑到物体表面，再通过相机捕捉被投影的光斑，通过计算得到物体表面的三维坐标。
而立体视觉则是利用多个相机同时观察物体，通过计算不同视角下的图像之间的关联性来获取三维信息。
光学三维测量具有非接触、高精度、高效率等优点，适用于对物体表面进行精确测量和形状重建。
其次，机械三维测量是利用机械设备来获取物体的三维信息。
常见的方法包括坐标测量机、激光测距仪、测绘仪等。
坐标测量机是一种精密的三维测量设备，可以通过机械臂的运动来实现对物体三维坐标的测量。
激光测距仪则是利用激光束对物体进行扫描，通过测量激光束的反射时间或相位来计算物体表面的三维坐标。
测绘仪则是利用全站仪或GPS等设备对地面进行测量，通过测量地面点的坐标来实现对物体形状的测量。
机械三维测量具有测量范围广、适用性强等优点，适用于对大型物体和复杂形状的测量。
最后，电磁三维测量是利用电磁波或磁场来获取物体的三维信息。
常见的方法包括激光雷达、GPS、地磁测量等。
激光雷达是利用激光束对物体进行扫描，通过测量激光束的反射时间或相位来计算物体表面的三维坐标。
GPS则是利用卫星信号来获取地面点的坐标，通过多个接收器的组合来实现对物体的三维测量。
地磁测量则是利用地磁场的变化来获取地面点的坐标，适用于室内环境和金属表面的测量。
电磁三维测量具有远距离测量、全天候测量等优点，适用于对地形地貌和建筑结构的测量。
综上所述，三维测量是一种重要的测量方法，它可以通过光学、机械、电磁等技术来获取物体的三维信息。
光学三维原理
光学三维原理光学三维技术是利用光学原理获取物体表面的三维信息，从而重建物体表面的三维模型。
以下是光学三维原理的主要内容：1. 三角测量原理三角测量原理是利用光线反射和折射的原理，通过测量光线与物体表面的交点，确定物体的三维坐标。
该方法需要使用激光束或光源对物体表面进行照射，并使用摄像机拍摄光线与物体表面的交点。
通过对交点的坐标进行计算，可以确定物体的三维位置。
2. 相位测量原理相位测量原理是利用光线在物体表面上的相位变化，通过测量相位的变化量来确定物体的三维位置。
该方法需要在物体表面上粘贴特定的编码图案，并使用摄像机拍摄图案的变形。
通过对变形图案的相位进行分析，可以确定物体的三维位置。
3. 立体摄影法立体摄影法是利用两个或多个摄像机从不同的角度拍摄同一物体，通过图像之间的差异来确定物体的三维位置。
该方法需要将多个摄像机的图像进行对齐和匹配，以确定物体的三维坐标。
4. 激光扫描技术激光扫描技术是利用激光束对物体表面进行扫描，通过测量激光束与物体表面的交点来确定物体的三维位置。
该方法需要使用高速激光扫描仪和精确的控制系统，以实现高精度的三维测量。
5. 光栅纹理技术光栅纹理技术是利用光栅投影到物体表面上的纹理信息，通过分析纹理的变化来确定物体的三维位置。
该方法需要在物体表面上粘贴特定的编码图案，并使用摄像机拍摄图案的变形。
通过对变形图案的纹理进行分析，可以确定物体的三维位置。
6. 相位差技术相位差技术是利用光线在物体表面上的相位变化，通过测量相位的变化量来确定物体的三维位置。
该方法需要在物体表面上粘贴特定的编码图案，并使用摄像机拍摄图案的变形。
通过对变形图案的相位进行分析，可以确定物体的三维位置。
与相位测量原理不同的是，相位差技术只需要测量两个变形图案之间的相位差，而不需要对每个图案单独进行分析。
7. 时序加权汇聚技术时序加权汇聚技术是利用不同时间点的测量结果进行加权平均，以获得更准确的三维坐标。
该方法需要在不同的时间点对同一物体进行多次测量，并对每次测量的结果进行加权平均。
三维测量的发展与现状
三维测量的发展与现状
一、三维测量的发展
三维测量技术是指利用先进的视觉技术和传感器技术结合测量技术，来自动取得物体尺寸、形状、位置、姿态及测量分析，从而获得物体的精确数据的技术。
其发展历史可追溯至上世纪60年代，当时以光学和机电技术为基础的三维测量技术开始出现。
随着计算机技术的发展及技术的不断改进，20世纪80年代，便出现了新的三维测量技术，比如非接触式的计算机视觉技术和激光扫描技术，它们在三维测量领域引起了一股热潮。
随着经济的发展，工业三维测量技术也不断得到改进和应用，用于产品质量检测、无线传感器技术、外形检测以及三维打印等方面。
二、光学三角测量系统的测量原理及应用
光学三角测量系统是一种非接触式三维测量技术，它采用光学和机电技术进行测量，把三个两维外形值形成一个三维坐标系，从而获得精确的三维数据。
其测量原理是：通过测量一个物体的三个侧面并计算其三条定位线的位置，并将其组合成一个三维坐标系，从而得到精确的三维数据。
光学三角测量系统的应用广泛，包括工业生产的测量检测、飞行器的成型检测、模具制造的成型检测、三维计算机视觉检测等。
光学三维测量系统标准
VDI/VDE准则2634 第1部分德国工程师协会(VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE，简称VDI )德国电气工程师协会(VERBAND DER ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK，简称VDE)光学三维测量系统，逐点探测成像系统准则内容初步说明（）1适用范围2符号参数3验收检测和复检原则4验收检测4.1品质参数“长度测量误差”的定义4.2检测样本4.3测量程序4.4结果评估4.5等级评定5检查5.1测量流程5.2评估5.3检测间隔（时效）和报告参考书目初步说明（概述）光学三维测量系统是一种通用的测量和测试设备。
在所有情况下，使用者一定要确保使用中的光学三维测量系统达到所需的性能规格，特别是最大允许测量误差不能超出要求。
就长远而言，这只能通过统一的验收标准和对设备的定期复检来确保。
这个职责归测量设备的制造者和使用者共同所有。
使用价位合理的检测样本且快速简单的方法被各种样式、自由度、型号的光学三维测量系统的验收和复检所需要。
这个目的可以通过长度标准和跟典型工件同样方式测量的检测样本实现。
本VDI/VDE准则2634的第一部分介绍了评估逐点探测式光学三维测量成像系统的准确性的实用的验收和复检方法。
品质参数“长度测量误差”的定义与ISO 10360-2中的定义类似。
独立的探测误差测试是不需要的，因为这个影响已经在长度测量误差的测定中考虑进去了。
VDI/VDE准则2634的第二部分介绍了用于表面探测的系统。
本准则由VDI/VDE协会测量与自动控制（GMA）的“光学三维测量”技术委员会和德国摄影测量与遥感协会的“近景摄影测量”工作组起草。
在联合委员会中，知名用户的代表与来自大学的专门研究光学三维测量系统领域的成员合作。
1适用范围本准则适用于可移动的、灵活的光学三维测量系统，该系统有一个或几个起三角测量（如摄影测量）作用的成像探头（如相机）。
光学三维测量技术
23-18
3
应用
3、医学图像三维表面重建：
现代医疗诊断常常需要借助一些辅助设备为诊
断提供可靠的、完整的信息，因此，人体组织与
器官的三维成像技术在现代临床医学中起着越来
越重要的作用.
医生可以将重构出的器官图像进行旋转缩放等
操作，使医生能够更充分地了解病情的性质及其
周围组织的三维结构关系，从而帮助医生做出准
线照明
2D线探测器
1D扫描
面光源法
面照明
2D线探测器
不需要扫描
相位测量技术
序列编码技术
如：格雷（Gray） 如：相位测量轮廓术
傅里叶变换轮廓术
编码序列
彩色编码技术
如：彩色多通道
编码实现相移
23-12
2
测量原理
23-13
2
测量原理
直射式三角法：激光器发出的光垂直入射到被测物体表面，
Scheimpflug 条件可表示为
地对待测物体进行测量。
23-04
1
概述
图
1
：
三
坐
标
测
量
机
23-05
1
概述
接触式测量
优势
物体三维形状测量
灵活性强
精度高且可靠
测量方便
非接触式测量
非接触式测量
微波技术
三角法
光波技术
干涉法
超声波技术
飞行时间法
23-06
1
概述
微波技术
非接触式测量
适合于大尺度三维测
量，爱里斑半径较大，
角度分辨率低。
光波技术
展示三维景像，模拟未知环境和模型）；
2、文物保护
光学测量技术在三维建模中的应用
光学测量技术在三维建模中的应用光学测量技术近年来在三维建模中的应用越来越广泛。
该技术基于光的传播和反射原理，通过使用专业的仪器和设备，可以精确地测量和记录物体的几何形状和表面特征。
本文将探讨光学测量技术在三维建模中的应用，并分析其优势和潜在挑战。
首先，光学测量技术在三维建模中的主要应用之一是数字化现实（VR）和增强现实（AR）技术。
通过使用激光扫描仪或结构光相机等设备，可以快速、准确地捕捉现实世界中的物体形状和结构。
这些扫描数据可以用于创建逼真的虚拟现实环境或与真实世界进行交互的增强现实应用。
例如，建筑师可以使用光学测量技术来捕获建筑现场的具体尺寸和高度，然后在计算机中生成精确的三维模型，以便进行室内外设计和可视化效果展示。
其次，光学测量技术在制造和工程领域中也得到了广泛应用。
通过使用精确的光学测量设备，工程师可以快速获取并分析物体表面的形状、尺寸和纹理等信息。
这对于产品设计、质量控制和流程优化非常重要。
例如，在汽车制造中，光学测量技术可以被用于检测车身零件的几何形状是否符合设计要求，以及表面是否存在缺陷或磨损。
这有助于提高产品质量，并减少制造过程中的错误和浪费。
此外，光学测量技术还在文化遗产保护、地质勘探和医学影像等领域展现出巨大潜力。
在文化遗产保护方面，光学测量技术可以帮助记录和分析古建筑、艺术品和文物的形状和结构，以及监测其损坏和老化程度。
在地质勘探中，光学测量技术可以应用于地质构造的三维建模和地质灾害的预警。
在医学影像领域，光学测量技术可以被用于创建精确的牙齿和骨骼结构三维模型，以辅助口腔和骨科手术的规划和操作。
然而，光学测量技术在三维建模中的应用也面临一些挑战。
首先，对于复杂的物体表面，如光反射率不均匀的金属或玻璃材料，光学测量技术可能无法提供准确的结果。
其次，光学测量技术在测量过程中对环境条件的要求比较高，如光线的均匀和稳定性。
这意味着在一些特殊场景下，如室外或强光照射环境下，测量结果可能会受到干扰或影响。
12 光学三角法三维测量技术
2）
Qx, y g x, y. g0 x, y rx, yexp jx, y
ImQx, y x, y arctan ReQx, y
由相位与高度的关系式：
P0 P h 2 tan 2 sin
I k x, y Ax, y Bx, y cos x, y k
上式中包含三个未知量，于是只要记录一个周期内三个以 上不同相移的变形条纹图，便可计算出。 四步相移法：
I 4 x, y I 2 x, y x, y arctan I1 x, y I 3 x, y
X Z cot
t an Z m M Y t an sin 0 - cos 0 N
n
12.3.4 多线结构光测量原理
遵循三角测量原理，例如以LCD投射仪作为投射源， 其投射的经过计算机编码的多条纹扇形结构光照射景 物，一次投射在景物上形成多个光条纹。
x
ax' b sin 2 - x' cos 2
两种测量方法比较：
斜射法： 优点：信噪比及灵敏度均较高，测量精度一般高于直射法，可 用于微位移检测，尤其适用于对光滑表面的位置检测。 缺点：入射光束与接收装置光轴夹角过大，对于曲面物体有遮 光现象，对于复杂面形物体这个问题的影响更为严重。 直射法： 优点：光斑较小，光强集中，不会因被测面不垂直而扩大光照 面上的亮斑，可解决柔软材料及粗糙工件表面形状位置变化测 量的难题。 缺点：由于受成像透镜孔径的限制，探测器只接收到少部分光 能，光能损失大，受杂散光影响较大，信噪比小，分辨率相对 较低。
12.1 三维测量技术及应用
根据测量分辨率和测量量程的不同，将三维测量技术分为 宏观三维形状和微观三维形貌测量技术，本章介绍的三维 测量技术针对宏观三维形状测量。
光学三维测量技术综述
光学三维测量技术综述1．引言客观景物三维信息的获取是计算机辅助设计、三维重建以及三维成像技术中的基础环节，被测物体的三维信息的快速、准确的获得在虚拟现实、逆向工程、生物与医学工程等领域有着广泛的应用[1]。
三维测量方法总的包括两大类，接触式以及非接触式。
如图 1.1 所示。
图1.1 三维测量方法分类接触式的三维测量方法到目前为止已经发展了很长一段时间，这方面的技术理论已经非常完善和成熟，所以，在实际的测量中会有比较高的准确性。
但是尽管如此，依然会有一些缺点[2]：(1) 在测量过程中，接触式测量必须要接触被测物体，这就很容易造成被测物体表面的划伤。
(2) 接触式测量设备在经过长时间的使用之后，测量头有时会出现形变现象，这无疑会对整个测量结果造成影响。
(3) 接触式测量要依靠测量头遍历被测物体上所有的点，可见，其测量效率还是相当低的。
接触式三维测量技术发展已久，应用最广泛的莫过于三坐标测量机。
该方法基于精密机械，并结合了当前一些比较先进技术，如光学、计算机等。
并且该方法现在已经得到了广泛的应用，特别是在一些复杂物体的轮廓、尺寸等信息的精确测量上。
在测量过程中，三坐标测量机的测量头在世界坐标系的三个坐标轴上都可以移动，而且测量头可以到达被测物体上的任意一个位置上，只要测量头能到达该位置，测量机就可以得到该位置的坐标，而且可以达到微米级的测量精度。
但由于三坐标机测量系统成本较高，加之上述的一些缺点，广泛应用还不太现实。
非接触式三维测量技术一般通过利用磁学、光学、声学等学科中的物理量测量物体表面点坐标位置。
核磁共振法、工业计算机断层扫描法、超声波数字化法等非光学的非接触式三维测量方法也都可以测量物体的内部及外部结构的表面信息，且不需要破坏被测物体，但是这种测量方法的精度不高。
而光学三维轮廓测量由于其非接触性、高精度与高分辨率,在CAD /CAE、反求工程、在线检测与质量保证、多媒体技术、医疗诊断、机器视觉等领域得到日益广泛的应用,被公认是最有前途的三维轮廓测量方法[3]。
光学非接触式三维测量技术
光学三维测量技术及应用摘要：随着现代科学技术的发展，光学三维测量已经在越来越广泛的领域起到了重要作用。
本文主要对接触式三维测量和非接触式三维测量进行了介绍。
着重介绍了光学三维测量技术的各种实现方法及原理。
最后对目前光学三维测量的应用进行了简单介绍。
1 引言随着科学技术和工业的发展，三维测量技术在自动化生产、质量控制、机器人视觉、反求工程、CAD/CAM以及生物医学工程等方面的应用日益重要。
传统的接触式测量技术存在测量时间长、需进行测头半径的补偿、不能测量弹性或脆性材料等局限性，因而不能满足现代工业发展的需要。
光学测量是光电技术与机械测量结合的高科技。
光学测量主要应用在现代工业检测。
借用计算机技术，可以实现快速，准确的测量。
方便记录，存储，打印，查询等等功能。
光学三维测量技术是集光、机、电和计算机技术于一体的智能化、可视化的高新技术，主要用于对物体空间外形和结构进行扫描，以得到物体的三维轮廓，获得物体表面点的三维空间坐标。
随着现代检测技术的进步，特别是随着激光技术、计算机技术以及图像处理技术等高新技术的发展，三维测量技术逐步成为人们的研究重点。
光学三维测量技术由于非接触、快速测量、精度高的优点在机械、汽车、航空航天等制造工业及服装、玩具、制鞋等民用工业得到广泛的应用。
2 三维测量技术方法及分类三维测量技术是获取物体表面各点空间坐标的技术，主要包括接触式和非接触式测量两大类。
如图1所示。
图1 三维测量技术分类2.1 接触式测量物体三维接触式测量的典型代表是坐标测量机(CMM，Coordinate Measuring Machine)。
CMM是一种大型精密的三坐标测量仪器[1]，它以精密机械为基础，综合应用电子、计算机、光学和数控等先进技术，能对三维复杂工件的尺寸、形状和相对位置进行高精度的测量。
三坐标测量机作为现代大型精密、综合测量仪器，有其显著的优点，包括：（1）灵活性强，可实现空间坐标点测量，方便地测量各种零件的三维轮廓尺寸及位置参数；（2）测量精度高且可靠；（3）可方便地进行数字运算与程序控制，有很高的智能化程度。
光学三维测量实验系统的设计与开发
ｍ ａｕｅ ｅｔ ｙｔｍ ｂ ｓｄｏ ｉｇ ｒ ｅｔ ｎｉ ｄｖｌ ｅ．Ｔ ｅｅｐ ｒ ｅｔｌ ｏｔ ｔ ａｄｔｅｄｖｌｐ ｅｔｏ ３ ｅｓｒｍ ｎ ｓ ａｅ ｎｆｎｅｐｏ ｃ ｏ ｓ ｅｅ ｐｄ ｈ ｘｅ ｍ ｎａ ｃｎｅ ｓ ｎ ｅｅｏｍ ｎ ｆ Ｄ ｓ ｅ ｒ ｊ ｉ ｏ ｉ ｎ ｈ ｍ ａｕｅ ｅｔ ａｅ ｎｆｎ ｅｐｏ ｃ ｏ ｒ ｉｔ ｄ ｃｄ ｅｓｒｍ ｎ ｂｓｄｏ ｇ ｒ ｅｔ ｎａｅ ｎ ｏｕ ｅ． ｉ ｒ ｊ ｉ ｒ
实验 ，简要介绍 了基 于光栅投射 的光学三维测量原理 ，详 细介绍 了光 学三维测 量实验系统 的软 、硬件 的设 计 与开发 。 关键词 ：光学三维测量 ；光栅投射 ；相位展开
中图分类号 ： ４ ３ ０ —３
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：１０ －９ ６ ２ ０ ） １０ ５ — ３ ０２４ ５ （ ０ ８ １ —０ ７ ０
光 学 三维 测 量 实验 系 统 的设计 与 开发
邵 双运 ，余 浩 ，徐 楠
１０ ４ ０ ０４） （ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ京交通大学 物理 系，北京
摘
要： 光学三维测量技术是一种非接触式的三维数字化 技术 ，已经广泛 应用 于工 业领域 。为 了开拓 学生
视野 ，培养学生 的研究能力 ，该文研制 了基于面结构光 的光学三维测 量实验仪 ，开发了相关 的系列研究 型
是转化 比较成功 的一 例 。
我 们针 对本 科生 的特 点 ，对取 得 的研 究成 果进
行加工，开发了光学三维测量实验仪 ， 设计了一系 列 的研 究 型实验 ，该 系列 实验 已为 我校光 信息 科学
与技术 专业 本科 生 开设 ，收 到 了 良好 的教 学 效 果 ，
实 验 书也 已 出版 。通 过 实 验 训 练 ，学 生 全 面 了
光学三维测量技术与应用
现代仪 器 （ ｗｗｗ． ｄ ｒ ｉｓｒ．ｒ ．ｎ ｍｏ ｅ ｎｎ ｔ ｏ ｇｃ ） ｓ
光学三维测量技术 与应用
邵 双 运
（ 北京 交通 大学理 学 院 摘 要
北京
１０４ ） ０ ４ ０
光 学三 维测量 技 术是一 种 可视 化 的测量技 术 ，能完成 复杂形体 的点、 面、形 的
现 零件 材料 内部 的三维 无损检 测探 伤 ，在工 业检 测
１ 三维测量技术概 述
三 维测量 技 术是获取 物 体表 面各点 空间 坐标 的 技术 ，主要包 括接 触 式和非接 触 式测量 两大 类 。
１ １ 接 触式 测量 ． 物 体三 维接触 式测 量 的典 型代 表是三 坐标 测量
精密机械为基础 ，综合应用 电子、计算机 、光学和
数 控 等先 进 技术 ，能对 三维 复杂工 件 的尺寸 、形状 和相对 位置 进行高 精度 的测 量 。 三坐 标 测量机 作为 现代 大型精 密 、综合 测量仪 器 ，有 其显 著的优 点 ，包括 ：１灵活性 强 ，可实 现 （ ） 空 间坐 标点 测量 ，方便地 测量 各种 零件 的三 维轮廓
济 的发展 和科 技的进 步 ，光学 三维 测量 技术 由于 非 ห้องสมุดไป่ตู้
出非接触式三维测量技术 中常用的三种电磁波谱和 主要 的测量 技 术 Ｊ 。
１２ １ 常用 的非接 触 式三维 测量波 谱 微 波适合 于 ．． 大 尺度 三维测量 领域 ，采用三 角测量 原理 （ 如全 球 定位 系 统 ，ｇｏ ａ ｐ ｓ ｉｎｎ ｙｔｍ ，简称 ＧＰ ） ｌｂｌ ｏｉｏ ｉｇｓｓ ｔ ｅ Ｓ 或 者利 用飞行 时 间法 （ ｉ —ｆｆ ｇ ｔ Ｔｍｅｏ－ｉｈ ，简称 Ｔ ， ｌ ＯＦ 如 传统 的雷达 技术 ）获取 物体 的三 维信 息 。由于微
三维测绘技术的原理与应用
三维测绘技术的原理与应用一、引言随着科技的不断发展，三维测绘技术在各个领域的应用越来越广泛。
它以其精准、高效的特点，在建筑、地质、航空等领域具有重要应用价值。
本文将介绍三维测绘技术的原理与应用，并探讨它在实际工作中的优势。
二、三维测绘技术的原理1. 激光雷达原理激光雷达是三维测绘技术中常用的一种方法。
它利用激光束在测量物体上反射的原理，通过测量激光束的往返时间和角度，并结合GPS定位系统，可以精确测量物体的三维坐标。
同时，激光雷达还能够获取物体表面的颜色和纹理信息，从而实现真实的三维模型重建。
2. 光学测量原理光学测量是另一种广泛应用于三维测绘技术中的方法。
它利用相机或者摄像机对物体进行成像，然后通过图像处理算法，将二维图像转换为三维坐标。
这种方法的优势在于成本相对较低，适用于小范围的三维测量，如室内的建筑物测绘、文物保护等领域。
三、三维测绘技术的应用1. 建筑与城市规划在建筑与城市规划领域，三维测绘技术可以帮助设计师、工程师和规划者更好地理解和分析地形地貌，包括地形高程、坡度、地质构造等，并为建筑设计、道路规划、城市发展方案等提供重要数据支持。
例如，通过对建筑物的三维模型进行测绘和分析，可以提前发现建筑隐患，确保建筑的安全性。
2. 地质与矿产勘探地质与矿产勘探是三维测绘技术的重要应用领域之一。
通过激光雷达和其它测绘方法，可以非常精确地获取地下地质结构和矿产资源的信息。
这对于矿产勘探和地质预测具有重要意义，有助于提高勘探效率和资源利用率。
3. 航空与航海在航空与航海领域，三维测绘技术被广泛应用于飞行器导航系统和海洋测绘。
通过测量飞机或者船只与地球的距离和方位角，可以实时获取位置信息，帮助飞行员和船员进行导航和定位。
这种技术在民航和军事领域都有重要的应用价值。
4. 文化遗产保护三维测绘技术在文化遗产保护中也扮演着重要角色。
通过对古建筑、文物等进行全方位的测绘和记录，可以实现对其精细化保护和修复。
同时，三维重建技术还可以帮助人们实现文化遗产的虚拟展示和数字化保存，方便大众进行学习和研究。
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： 三 坐 标 测 量 机
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5
1 概述
物体三维形状测量
接触式测量 优势
灵活性强 精度高且可靠 测量方便
非接触式测量 微波技术
非接触式测量
光波技术
三角法 干涉法
超声波技术 飞行时间法
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1 概述
非接触式测量
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微波技术
适合于大尺度三维测 量，爱里斑半径较大 ，角度分辨率低。
光波技术 超声波技术
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3 应用
3、医学图像三维表面重建： 光学三维测量还广泛用于研究面部软组织形态和 对称性，比较牙齿的差异，以及外科、骨科用于脊柱 及侧凸的检测，假牙假肢的量身定做。如图：
生物医学成像实例
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3 应用
除此之外，光学三维测量技术还可以用于 1、虚拟现实 （提供虚拟现实系统所需要的大量三维模型数据， 展示三维景像，模拟未知环境和模型）； 2、文物保护 （三维彩色数字化技术能以不损伤物体的手段，获 得文物的三维信息和表面色彩、纹理，便于长期保存 、再现）等诸多领域。
这种测量方法测量精度高，但测量范围受到光波 波长的限制，只能测量围观表面的形貌和微小位移， 不适于宏观物体的检测。
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10
2 测量原理
3、三角测量法 ：
光学三角法是最常用的一种光学三维测量技术， 以传统的三角测量为基础，通过待测点相对于光学基 准线偏移产生的角度变化计算该点的深度信息。根据 具体照明方式的不同，光学三角法可分为两大类：被 动三角法和基于结构光的主动三角法。
光学三维测量技术
青 衣
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郗珍妹 物研1306班
13126003
A
1
1 概述 2 测量原理
3 应用
4 总结
青 衣
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2
1 概述
光学三维测量技术是集光、机、电和计算机技术于 一体的智能化，可视化的高新技术，主要用于对物体空 间外形和结构进行扫描，以得到物体的三维轮廓，获得 物体表面点的三维空间坐标。随着经济的发展和科技的 进步，光学三维测量技术由于非接触、快速测量、精度 高的优点在机械、汽车、航空航天等制造工业及服装、 玩具、制鞋等民用工业得到广泛的应用，其中三维激光 扫描技术发展的最为成熟，应用也最为广泛。
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4 总结
光学三维信息获取技术有多种，每种方法各有其产生 背景和适用范围，各有优缺点。随着现代计算机技术的 飞速进步，计算机图形图像处理、辅助设计、多媒体技 术越来越广泛深入地应用于工业、国防、医学、影视业 、广告等各个领域，人们经常需要能迅速地获得物体表 面的三维信息，将其转变成计算机能直接处理的数据。 如何将现实世界的立体彩色信息输入计算机的问题是光 学三维测量技术的研究重点，无论何时，基于计算机视 觉的三维信息获取技术将显示其不可替代的重要作用。
如：格雷（Gray 如：相位测量轮廓术
）
傅里叶变换轮廓术
编码序列
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彩色编码技术 如：彩色多通道 编码实现相移
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2 测量原理
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AБайду номын сангаас
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2 测量原理
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3 应用
1、逆向工程：
逆向工程是一种新的制造手段和系统，通过对已有样件或模型 的内外轮廓进行精确测量，获得其三维数据，配合计算机软件系统 进行曲面重建，并在线精度分析、评价构造效果，重构CAD模型， 生成IGES或STL数据，或者生成数控加工NC代码，据此进行快速成 型或CNC数控加工，从而大大缩短产品或模具的开发制造周期。利 用光学三维测量技术生成的虚拟模型可以实现快速响应设计制造， 3D光学数字化系统与CAD/CAM/CAE以及RP&M集成可以构成基于 虚拟模型的快速响应的设计和制造系统，主要优点包括：实际物体 的准确和完整的模型；提供原始CAD文件格式；曲面造型和参数实 体模型；在设计和制造中节省投入的时间和资金。
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3 应用
3、医学图像三维表面重建 ：
现代医疗诊断常常需要借助一些辅助设备为诊 断提供可靠的、完整的信息，因此，人体组织与 器官的三维成像技术在现代临床医学中起着越来 越重要的作用.
医生可以将重构出的器官图像进行旋转缩放等 操作，使医生能够更充分地了解病情的性质及其 周围组织的三维结构关系，从而帮助医生做出准 确的诊断和制定正确的手术方案。
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2 测量原理
基于三角测量原理的三维测量技术
基于结构光的主动三角法
被动三角法 数字摄影测量技术
双目视觉
点光源法 点照明
1D线探测器 2D扫描
线光源法 线照明
2D线探测器 1D扫描
面光源法 面照明 2D线探测器 不需要扫描
莫尔轮廓 如：阴影莫尔
投射莫尔
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序列编码技术
相位测量技术
飞行时间法以对信号检测的时间
飞行时间法
分辨率来换取距离测量精度，测 量系统必须要有极高的时间分辨
率，常用于大尺度远距离的测量
。
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2 测量原理
1、飞行时间法：
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2 测量原理
2、干涉法：
一束相干光，同过分光系统分成测量光和参考光 ，利用测量光波和参考光波的相干叠加来确定两束光 之间的相位差，从而获得物理表面的深度信息ΔZ(xy).
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1 概述
物体三维形状测量
接触式测量
物体三维接触式测量的典型 代表是三坐标测量机(CMM， Coordinate Measuring Machine) 。
非接触式测量
非接触式三维测量不需要与待测 物体接触，可以远距离非破坏性 地对待测物体进行测量。
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1 概述
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图
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光波波长短，角度分 辨率和深度分辨率高 ，三维测量运用最多 。 可穿透介质实现无损 检测探伤，但需耦合 介质，限制了用范围 。
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1 概述
光波技术
三角法 干涉法
最常用的光学三维测量技术，以 传统的三角测量为基础，通过待 测点相对于光学基准线偏移产生 的角度变化计算该点的深度信息 。
测量精度高，但测量范围受到 光波波长的限制，只能测量微 观表面的形貌和微小位移，不 适于大尺度物体的检测。
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3 应用
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3 应用
条纹投影的三维成像系统实例
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3 应用
2、三维人体测量 ：
三维人体测量是以光学测 量为基础，使用视觉设备来捕 获物体外形，然后通过系统软 件来提取扫描数据。其工作流 程分为以下四个步骤：1)通过 机械运动的光源照射扫描物体 ；2)CCD摄像头探测来自被扫 描物体的反射图像；3)通过反 射图像计算人体表面特定点到 摄像头的距离；4)通过软件系 统转换距离数据产生三维图像 。