三维测量技术发展现状及趋势演示文稿

双目视觉法
基本原理如图所示，P为 空 间 任 意 一 点 ， p1、p2 分 别 为 P 点 在 摄 像 机 C1、C2 上的成像点，通过立体视 觉 计 算 即 可 由 像 点 p1、p2 的坐标(ui,vi)(i=1,2)重建点 P 的 三 维 坐 标 ( X,Y,Z)。 在 这个重建的过程中，要解 决图像特征点的提取与匹 配、摄像机标定和三维重 建三个基本问题。
非接触式测量
单目视觉法 被动式
双目视觉法
非光学方法 CT、STM、AFM
应用领域
计算机辅助设计与制造（CAD/CAM) （如服装设计、工业检测等）
逆向工程（RE） 快速原型（RP）及虚拟现实（VR）(如
自动导航，计算三维动画模拟等） 医学（ CT、MRI等）
坐标测量机（CMM）
坐标测量机是一种几何量测量仪 器，它的基本原理是将被测零件 放入它允许的测量空间，精密地 测出被测元素上测量点的X、Y、 Z三个坐标值，根据这些点的数 值经过计算机数据处理，拟合成 相关几何元素，如圆、球、圆柱、 圆锥、曲面等，经过数学计算得 出形状、位置公差及其它几何量 数据。它以精密机械为基础，综 合应用了电子技术、计算机技术、 光学技术和数控技术等先进技术。
Z OY X
p1
u1
v1
O1
C1
P
u2 p2
O2 v2
C2
扫描隧道显微镜（STM)
1982年，IBM瑞士苏黎士实验室的葛·宾尼 （G．Binning）和海·罗雷尔（H．Rohrer）研制 出世界上第一台扫描隧道显微镜（Scanning Tunnelling Micro－scoPe，简称STM）．STM使 人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面 的排列状态和与表面电子行为有关的物化性质， 在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究 中有着重大的意义和广泛的应用前景，被国际科 学界公认为20世纪80年代世界十大科技成就之 一．为表彰STM的发明者们对科学研究所作出的 杰出贡献，1986年宾尼和罗雷尔被授予诺贝尔物 理学奖金．
三维测量技术发展现状及趋势 演示文稿
优选三维测量技术发展现状及 趋势
引入
如何获取这些 物体的三维信 息呢？
这就涉及到三 维测量技术。 随着科技的反 展，各种技术 不断涌现，并 且在很多的领 域得到应用。
三维测量技术的分类
接触式测量
坐标测量机 主动式
光学方法
激光扫描法 激光测距法 相位测量法 数字全息法
激光三维扫描仪
主要用途：工业设计中采集转换研究设计之物件的CAD •逆向工程：为原始部件实体，建立三维CAD数据； •用于计算机辅助工程设计分析的三维形状捕捉获取 （CAE 和FEA）； •医疗应用：医学外科规划（上颔面，牙齿等整形外科） 矫正和修补术，塑料外科术运用，医学人体测量； •数字化档案：博物馆，人工制品和古文物记录考古学， 人类学研究； •在线质量控制检查，用于生产线上产品的质量控制（例 如CAI，CAT）； •样品检查；工具和模具检查。
相位测量法（PMP）
相位测量法（PMP）
V (, v) F{I( x, y)}
傅立叶变换法
相位测量法（PMP）
相位测量法（PMP）
相移干涉测量术
Interferograms
t
iN
Ii sin i
a
tan
i0 iN
ຫໍສະໝຸດ Baidu
Ii cosi
i0
相移干涉测量术
相移干涉测量术
数字全息法
基本过程为：采用激光 照射待测样品产生全息 图，利用CCD记录全息 图并以数字方式存入计 算机，然后在计算机内 模拟全息图的再现过程 得到以层析方式显示的 三维物场，进而对三维 物场进行定量分析、测 量和三维重构。
激光测距法
基本原理是直接测 量光束的传播时间。 在测量时，目标脉 冲经反射回到接收 探测器，参考脉冲 经光导纤维被探测 器接收。这两个脉 冲的时间差转换成 距离。
也称时间飞行法
自动扫描激光测距仪
主要技术指标： 1、激光器：波长 620nm~690nm 出射功率： ≤1mW 2、工作距离： 0~50m 3、自动扫描范围： ±6°~±90° 4、测距精度： ±5mm
坐标测量机（CMM）
坐标测量机（CMM）
德国Klocke公司的3DNanofinger是一款集纳米 级三维坐标测量与表面形 貌测量为一体的综合测量 设备
1．测量范围：（可选） X=10,20,30或50mm； Y=10,20,30或50 mm Z=10或20 mm 2．移动分辨率：1nm 3．移动速度：最快达到
数字全息法
BS1
Laser
M2
PZT
M3
BS2
L
PC
CCD
M1
Object BS3
数字全息法
记录的数字全息图
昆虫翅膀的再现像
单目视觉法
单目视觉法采 用摄像机得到 三维景物在光 敏探测器上的 二维透视图像， 主要包括聚焦 法和离焦法。
离焦法原理图
双目视觉法
立体视觉的研 究主要由以下 三部分组成： * 摄像机模型 的建立和标定 * 立体匹配 * 三维重建
2 mm/s ４.探针分辨率：0.5nm
激光扫描法
近年来随着激光技术的发展， 激光三角形法（Laserbased triangulation）逐 渐得到广泛应用。它所采 用的光源主要有点结构、线 结构和双线结构。它的基本 原理是光学三角形原理。
激光三维扫描仪
其工作原理是使用激光三角 测距原理，通过光源孔发射 出一束水平的激光束来扫描 物体。该激光线经过旋转平 面镜的作用，改变角度，使 得激光线发射到物体表面。 物体表面反射激光束，每一 条激光线都通过CCD传感器 采集成一帧数据。根据物体 表面不同的形状，每条激光 线反射回来的信息中所包含 表面形状和颜色数据。
扫描隧道显微镜（STM)
扫描隧道显微镜（STM)
扫描隧道显微 镜是根据量子力学 中的隧道效应原理， 通过探测固体表面 原子中电子的隧道 电流来分辨固体表 面形貌的新型显微 装置。
扫描隧道显微镜（STM)
根据量子力学原理，由于电子的隧道 效应，金属中的电子并不完全局限于 金属表面之内，电子云密度并不是在 表面边界处突变为零。在金属表面以 外，电子云密度呈指数衰减，衰减长 度约为1nm。用一个极细的、只有原 子线度的金属针尖作为探针，将它与 被研究物质(称为样品)的表面作为两 个电极，当样品表面与针尖非常靠近(距离＜1nm)时，两者 的电子云略有重叠，如图所示。若在两极间加上电压U，在 电场作用下，电子就会穿过两个电极之间的势垒，通过电子 云的狭窄通道流动，从一极流向另一极，形成隧道电流 I 。