光学三维测量 ppt课件
三维形貌仪测量原理
三维形貌仪测量原理
三维形貌仪是一种用于测量物体表面形貌的仪器。
它基于光学原理，通过记录光线在物体表面的反射或散射来获取物体的三维形状信息。
三维形貌仪的测量原理主要包括以下几个步骤：
1. 光源发射：三维形貌仪通过发射光源（如激光或白光）照射在物体表面，光源发射出的光线传播到物体表面。
2. 光线反射/散射：光线照射到物体表面后，根据物体表面的
性质，光线可能会有反射或散射现象。
其中，反射光线的方向与入射光线的方向相对称，散射光线的方向则随机分布。
3. 光线收集：三维形貌仪通过相机或其他光学探测器收集物体表面反射或散射的光线。
收集到的光线会通过光学系统进入成像系统。
4. 成像：收集到的光线经过光学系统的聚焦和成像处理，最终形成物体表面的图像。
成像系统可以利用单一的相机或多个相机进行成像。
5. 图像分析：通过对物体表面图像进行分析处理，可以得到物体表面的三维形貌信息。
常用的分析方法包括三角剖分法、相位测量法、结构光法等。
通过以上测量原理，三维形貌仪可以实现对物体表面的高精度、非接触式的三维形貌测量。
它在工业、制造、科学研究等领域中广泛应用，可用于表面质量检测、产品设计、模具制造、雕刻等方面。
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。
测量培训ppt课件
总结词
详细描述
1. 室内地图制作
2. 室内导航服务
3. 室内物流配送
室内定位技术是近年来 发展迅速的一种技术， 可应用于商场导购、工 厂物流等领域。
室内定位技术的测量应 用主要包括以下几个方 面
通过室内地图的制作， 为用户提供准确的室内 位置信息，包括商场的 店铺位置、公共设施位 置等。室内地图制作需 要采用定位技术、三维 建模等技术手段。
案例二：地质勘测中的测量应用
2. 矿产勘查
通过矿产勘查，对矿床的位置、大小、形状等进行测量和评估，为后续开采和利用提供基础资料。矿 产勘查中需要使用探矿仪器、GPS定位等技术和设备。
3. 水文地质
通过水文地质调查，了解地下水的形成、分布和水质状况，为水资源利用和水质保护提供基础资料。 水文地质调查中需要使用水位计、电导率计等设备，采用地球物理勘探等方法可以提高调查精度和效 率。
测量仪器的选用与维护
根据测量任务选择合适的测量仪器。 根据仪器使用说明正确操作仪器。 注意仪器的维护和保养，保证仪器的长期使用效果。
03
测量技术及应用
距离测量
总结词
距离测量是测量培训的基础内容，涵盖了传统测量方法和现代技术。
详细描述
距离测量是测量培训的基础内容之一，涵盖了多种传统测量方法和现代技术。传统测量方法包括钢尺测量、视距 测量和三角测量等，而现代技术则包括GPS测量、激光雷达测量和三维扫描等。不同方法的适用范围和精度要求 也有所不同，需要根据具体应用场景选择合适的测量方法。
THANKS
测量培训ppt课件
目录
• 测量基本知识 • 测量仪器概述 • 测量技术及应用 • 测量数据处理与分析 • 测量技术的发展趋势与挑战 • 案例分析与实践操作
ARAMIS三维应变光学测量系统
在物理力学性能测试中，使用ARAMIS系统，有助于深入了解材料和零件的力学行为和性能，特别适于测量瞬时和局部应变。
ARAMIS系统采用非接触测量方式，适用于各种材料的静态和动态试验，获取完整的力学性能参数。
在物理力学性能测试中，使用ARAMIS系统，有助于您深入了解材料和零件的力学行为和性能，特别适于测量瞬时和局部应变。
ARAMIS系统采用非接触测量方式，适用于各种材料的静态和动态试验，获取完整的力学性能参数。
其中包括：三维型面坐标三维位移和变形速度表面应变应变率区别于传统的应变测量，ARAMIS提供了全新的全场应变测量方法。
测量范围涵盖几毫米的式样到数十米的大型零件。
无需对试样进行复杂和费时的制备，测量过程方便快速。
对试样的几何形状及测量环境（温度）没有限制。
ARAMIS为材料测试提供新的解决方案测定材料特性分析零件强度验证有限元分析实时监控试验设备ARAMIS技术特点：非接触测量适合于各种材料不受试样的几何形状限制二维和三维测量便携、灵活全场测量高精度满足高温测试高速测试便于与各种测试设备集成测量范围从小尺寸到大型零件应变范围从微应变到大应变ARAMIS系统配置：武汉中创联达科技有限公司，专业从事光电子影像产品（低照度相机、高速摄像机，超高速摄像机，高分辨率相机及其图像分析软件）的销售、研发， 提供特殊环境下的拍摄、成像服务。
在以下应用领域提供产品：1、高速摄影 （弹道学、碰撞实验、高速粒子运动实验 PIV 、材料学、气囊膨胀实验、燃烧实验、电弧运动、 离子束运动、流体力学、喷射实验、爆炸分析以及其他超高速运动领域）2、高分辨率成像 （弹道学、粒子运动实验 PIV 、工业质量检测、喷射实验、电泳现象、火焰分析）3、 显微成像 （微生物光学成像、分子细胞成像）4、 低照度成像 （燃烧实验、弹道学、碰撞实验、爆炸分析、天文学领域、微光成像、工业检测监视）5、光谱成像 （红外感应范围应用、光源波谱分析）6、高速运动分析软件及PIV 系统分析软件。
光学三维测量技术 ppt课件
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。
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
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
2 测量原理
23-01
2 测量原理
23-01
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。
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。
实验讲义_条纹投影三维面性测量实验
光学传感三维面形测量实验GCS-SWCL实验讲义大恒新纪元科技股份有限公司版权所有不得翻印光学传感三维面形测量1. 引言非接触三维自动测量是随着计算机技术的发展而开展起来的新技术研究，它包括三维形体测量﹑应力形变分析和折射率梯度测量等方面。
应用到的技术有莫尔条纹、散斑干涉、全息干涉和光阑投影等光学技术和计算机条纹图像处理技术。
条纹投影以及各种光阑投影自动测量技术在工业生产控制与检测、医学诊断和机器人视觉等领域正占有越来越重要的地位。
本试验是利用投影式相移技术，对形成的被测物面条纹进行计算机相移法自动处理的综合性实验。
2. 实验目的通过本实验了解投影光栅相位法的形成机理；了解一种充分发挥计算机特长的条纹投影相位移处理技术。
对于非接触测量有一定的感性认识。
3. 基本原理投影光栅相位法是三维轮廓测量中的热点之一，其测量原理是光栅图样投射到被测物体表面，相位和振幅受到物面高度的调制使光栅像发生变形，通过解调可以得到包含高度信息的相位变化，最后根据三角法原理完成相位---高度的转换。
根据相位检测方法的不同，主要有Moire轮廓术、Fourier变换轮廓术，相位测量轮廓术，本实验就是采用了相位测量轮廓术。
相位测量轮廓术采用正弦光栅投影相移技术。
基本原理是利用条纹投影相移技术将投影到物体上的正弦光栅依次移动一定的相位，由采集到的移相变形条纹图计算得到包含物体高度信息的相位。
基于相位测量的光学三维测量技术本质上仍然是光学三角法，但与光学三角法的轮廓术有所不同，它不直接去寻找和判断由于物体高度变动后的像点，而是通过相位测量间接地实现，由于相位信息的参与，使得这类方法与单纯基于光学三角法有很大区别。
相位测量轮廓术的基本原理将规则光栅图像投射到被测物表面，从另一角度可以观察到由于受物体高度的影响而引起的条纹变形。
这种变形可解释为相位和振幅均被调制的空间载波信号。
采集变形条纹并对其进行解调，从中恢复出与被测物表面高度变化有关的相位信息，然后由相位与高度的关系确定出高度，这就是相位测量轮廓术的基本原理。
4.2 点结构光测量原理_光学轮廓术_[共2页]
![4.2 点结构光测量原理_光学轮廓术_[共2页]](https://img.taocdn.com/s3/m/bd26c986f01dc281e43af0d2.png)
第4章 光切法三维轮廓测量技术944.2 点结构光测量原理点结构光的光透射器发射出一束激光，激光束与被测物体表面相交产生亮点，亮点经透视成像到摄像机像平面上，其几何模型如图4-1所示。
在光线上以一点s o 为原点，以光线为s x 轴，建立点结构光传感器测量参考坐标系s s s s o x y z −。
光线上某一点P 在测量参考坐标系中的方程为s s s 00x t y z =⎧⎪=⎨⎪=⎩ （4-1）式中，t 为P 点到测量参考坐标系原点s o 的距离。
将式（4-1）代入考虑摄像机镜头畸变时的摄像机模型变换式（4-2），可得点结构光视觉传感器的数学模型表达式（4-3）。
1123789456789()()d x x x d y y w w w x d xr xt w w w z w w w y d yr yt w w w z X s d U C Y d V C r x r y r z T fX r x r y r z T r x r y r z T f Y r x r y r z T δδδδ−⎧=−⎪=−⎪⎪+++⎪=++⎨+++⎪⎪+++⎪=+++++⎪⎩ （4-2） 11s 7s 4s 7s ()()d x x x d y y x d xr xt z y d yr yt z X s d U C Y d V C r x t fX r x t r x t f Y r x t δδδδ−⎧=−⎪=−⎪⎪+⎪=++⎨+⎪⎪+⎪=+++⎪⎩（4-3） 式中，T 147[]r r r 和T []x y z t t t 是点结构光视觉传感器的结构参数。
由式（4-3）可知，只要己知s x 轴在s s s s o x y z 坐标系中的方向矢量T 147[]r r r 和平移矢量T []x y z t t t （f 作为内部参数已确定，在各传感器模型中均作为已知参数），就可由计算机图像坐标(,)U V 求出t ，从而得到点结构光传感器的测量坐标(,0,0)t ，达到测量的目的。
结构光3D视觉原理分解ppt课件
图像处理、分析与机器视觉
n三维视觉技术分类 n 结构光三维视觉系统和原理 n 结构光模式
n 结构光三维视觉模型
三维视觉技术分类
三维视觉技术主要包括双目立体视觉和结构光三维 视觉，还有其他的三维视觉技术，如由明暗恢复性状、 由纹理恢复形状、激光测距、莫尔阴影与散焦测距；
按照景物的照明条件，三维视觉技术可分为被动和 主动两大类，前者中景物的照明是由物体周围的光照条 件来提供，而后者则使用一个专门的光源装置来提供目 标物体周围的照明；
1、点结构光模式
如图所示，激光器发出的光束投射到物体上产生一个光点，光点经摄像机 的镜头成像在摄像机的像平面上，形成一个二维点。摄像机的视线和光束 在空间中于光点处相交，形成一种简单的三角几何关系。通过一定的标定 可以得到这种三角几何约束关系，并由其可以唯一确定光点在某一已知世 界坐标系中的空间位置。
实际上，线结构光模式也可以说是点结构模式的扩展。过相机光心 的视线束在空间中与激光平面相交产生很多交点，在物体表面处的交点 则是光条上众多的光点，因而便形成了点结构光模式中类似的众多的三 角几何约束。很明显，与点结构光模式相比较，线结构光模式的测量信 息量大大增加，而其实现的复杂性并没有增加，因而得到广泛应用。
需要通过逐点扫描物体进行测量， 图像摄取和图像处理需要的时间 随着被测物体的增大而急剧增加
2、线结构光模式
线结构光模式是向物体投射一条光束，光条由于物体表面深度的变化 以及可能的间隙而受到调制，变现在图像中则是光条发生了畸变和不连续， 畸变的程度与深度成正比，不连续则显示出了物体表面的物理间隙。任务 就是从畸变的光条图像信息中获取物体表面的三维信息；
很明显，与点结构光模式相比较，线结构光 模式的测量信息量大大增加，复杂性没有增 加因而得到广泛应用
材料力学性能三维光学测量解决方案-数字图像相关法dic
材料测量遍布材料力学性能和表现的多场景检测随着工业的不断升级，非接触的三维光学测量凭借其强大用途，为越来越多的主流应用领域接受。
新拓三维XTDIC全场应变变形测量系统能够在各种复杂的测试环境下，分析材料的力学性能和行为表现，并且可以完美地集成到现有试验台和试验机，利用非接触测量头，可以在机械加载和热加载的情况下，测量软质和硬质材料的全场三维应变和变形。
它可以替代传统的引伸计和应变片，实现实时的三维表面变形分析。
目前，XTDIC已被广泛应用于材料力学性能测量，是在业界得到广泛认可和好评的应变变形测量解决方案。
⏹全场应变分布⏹应力-应变曲线⏹杨氏模量⏹泊松比⏹N值 & R值⏹拉伸试验⏹剪切试验⏹三点弯曲/四点弯曲⏹疲劳试验⏹……复合材料复合材料是运用先进的材料制备技术，将两种或多种不同性质的材料组分优化组合，经过特殊加工而制成的新型材料。
现代化高科技的发展离不开复合材料的应用，由于其具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金等传统材料，广泛应用于航空航天、汽车制造、能源、机械、医学、建筑等诸多领域，在近几年更是得到了飞速发展。
复合材料高温试验很多复合材料对温度具有敏感性，在不同的温度条件下，表现出来的力学性能差别可能很大。
XTDIC支持不同类型相机在高温环境下进行3D温度场和3D应变场的测量，得到不同温度梯度下复合材料表面力学行为关系，实现了温度与机械载荷耦合的测量。
碳纤维：碳纤维拉伸性能，是评价碳纤维性能的重要力学性能指标。
本次试验选取了多款碳纤维试件作为试验对象，对标准试件进行静力拉伸试验，通过试验研究试件的各项力学性能指标。
柔性材料：飞艇充气过程中，表面蒙皮三维全场变形测量，分析应力应变曲线；高分子材料：独特的变形连续性分析及匹配技术，实现数个100%大变形的全场解算；特种材料：特种材料刺破试验，分析高速穿刺过程中材料全场变形，分析材料的力学性能；微小尺寸对微小尺寸的材料表面特征测量一直是业界难题，XTDIC-Micro显微应用测量系统（光学显微镜和DIC数字图像相关技术的结合，可以满足纳米级精度测量需求）弥补了传统设备无法进行微小物体变形测量的不足，成为微观尺度领域变形应变测量的一个有力工具。
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）。
《初中物理光学》PPT课件
课件•光学基础知识•透镜及其应用•光的色散与光谱目录•光的干涉与衍射•光学仪器与使用•光学实验与探究光学基础知识光是一种电磁波光的传播速度光的传播路径030201光的本质与传播光源与光线光源能够自行发光的物体称为光源。
如太阳、电灯等。
光线为了形象地表示光的传播路径和方向，我们通常用一条带箭头的直线来表示光线。
箭头指向表示光的传播方向。
光线的分类根据光源和光线的特点，可以将光线分为平行光线、发散光线和会聚光线等。
光的直线传播光沿直线传播的条件01光沿直线传播的现象02光沿直线传播的应用03光的反射与折射光的反射光的折射反射与折射的应用透镜及其应用透镜的种类与性质凸透镜凹透镜透镜的焦点和焦距凸透镜成像规律当物体为实物时，成正立、缩小的虚像，像和物在同一侧。
当物体为虚物，凹透镜到虚物的距离为一倍焦距（指绝对值）以内时，成正立、放大的实像，像与物在透镜的同侧。
当物体为虚物，凹透镜到虚物的距离为一倍焦距（指绝对值）时，成像于无穷远。
当物体为虚物，凹透镜到虚物的距离为一倍焦距以外两倍焦距以内（均指绝对值）时，成倒立、放大的虚像，像与物在透镜的异侧。
当物体为虚物，凹透镜到虚物的距离为两倍焦距（指绝对值）时，成与物体同样大小的虚像，在透镜异侧。
凹透镜成像规律老花眼镜利用凸透镜对光线的会聚作用制成的。
利用凹透镜对光线的发散作用制成的。
放大镜利用凸透镜成正立、放大的虚像的原理制成的。
照相机利用凸透镜成像规律中物距大投影仪立、放大的实像的原理制成的。
透镜在生活中的应用光的色散与光谱光的色散现象光的色散现象原理光的色散现象定义不同颜色的光在介质中的折射率不同，因此当复色光通过棱镜等介质时，会被分解为不同颜色的单色光。
光的色散现象实例光谱的分类根据产生方式不同，光谱可分为发射光谱、吸收光谱和反射光谱等。
光谱的概念光谱是复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案。
光谱的特点不同元素或化合物在特定条件下产生的光谱具有特征性，因此光谱分析在化学、物理等领域具有广泛应用。
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
INSAR测量原理PPT课件
i1,j1 i,j
q2 i,j
i0 j0
i0 j0
.
11
Z
1 2 3 4 ……. N
像素点
M2N1
m in{J}m in{
i1,j i,j
x 2 M2N1 i,j
i,j1 i,j
y2 i,j
i0 j0
i0 j0
} M2N1 i1,j1 i,j
p 2 M2N1
i,j
其位相分布之间有如下关系，即给出了数字全息形貌测量的原理。
hxi,yi4. ixi,yi
20
2-7
二 、数字全息位相重建方法 1. 频域滤波
利用图2-11所记录的全息图直接进行数值重建，将得到相互分离 的零级衍射项和正、负一级像，其中，只有正一级像或负一级像是需 要的。因此，可以采用频谱滤波的方法将零级衍射项和不希望有的一 级像滤除。具体步骤如下
如何 求解 泊松 方程？
二维离 散余弦 变换
w i ,j s q r t ( ( i x ,j) 2 ( i y ,j) 2 ( i p ,j) 2 ( i q ,j) 2 )
'i,j (1k*w i,j)*i,j
m , n P m , n / ( 2 c o s ( m / M ) 2 c o s ( n / N ) 4 c o s ( m / M ) ) * c o s ( n / N ) 8 )
第①步 对记录的全息图作傅里叶变换，得到其频谱分布； 第②步 利用透明窗滤除零级和负一级像； 第③步 最后对滤波后的频谱图作逆傅里叶变换，即可
得到只包含正一级像的全息图
.
21
2 位像重建
设法获得准确的记录距离和参考点源的偏置参数，就能得到准
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光学三维测量
相移测量法存在的问题
相移测量法研究焦点在于不断提高测量的空间分辨率及测量精度、 扩大物体的横向及纵向测量范围。
目前，相移测量法仍存在以下几个问题:
1）阴影和盲区问题
相移测量法的测量受被测物表面散射特性的限制，必须满足 “光线所及（光线能照到)和视线所及(能被观察到)”两个条件， 对于光线不可及或视线不可及的地方，形状测量则无法实现，出 现阴影和盲区问题。
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光学三维测量
光学三维测量
光学三维测量方法
相移测量法
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傅里叶轮廓术
相位测量轮廓术
光学三维测量
表面三维形貌测量
三维形面测量方法又称为三维轮廓测量术、三维面形 测量等，其目的都是通过测量复原物体的三维外形。
按照测量物体的尺度大小可分为宏观物体三维形貌测 量、细观形貌测量和微观形貌测量。
按照一次测量取得的数据量可分为点扫描式、线扫描 式及面测量。
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光学三维测量
相移测量法
相移法的优点是一种在时间轴上的逐点运算，不会造成全面影响， 计算量少。另外，这种方法具有一定抗静态噪声的能力。
缺点是不能消除条纹中高频噪声引起的误差。在传统相移系统中， 精确移动光栅的需要增加了系统的复杂性。而在数字相移系统中， 用软件控制精确的实现相位移动。某些应用场合不允测量多幅图 像，但只要没有以上限制，相移法仍是首选。
2）表面不连续问题
当表面不连续时，条纹相对级次不确定，就会造成解调相位 不准确。
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光学三维测量
相移测量法存在的问题
3）图像的预处理 4）相位去包裹
仪，其测量范围大、分辨率高、结果稳定可靠、重复性好。 接触式测量的缺点：因其属于点扫描测量方式，所以测量速
度慢。此外，由于采用接触测量，在测量过程中可能损伤被 测表面，因此不能测量弹性或脆性材料。
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光学三维测量
光学三维测量
非接触式测量的特点。
非接触式测量中的代表是光学测量，由于不接触被测表面，在保 护表面的同时也增加了测量速度，并以其高分辨率而倍受重视。 该方法具有受环境电磁场影响小、工作距离大、测量精度高等特 点。随着各种高性能器件如半导体激光器LD、电荷祸合器件 CCD等的出现，光学非接触式测量应用将越来越广泛，
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光学三维测量
光学非接触式三维测量技术
光学式非接触式三维测量技术根据获取三维信息的基本方法可分 为两大类：被动式与主动式两大类。
被动式是在自然光(包括室内可控照明光)条件下，通过摄像机等 光学传感器摄取的二维灰度图像获取物体的三维信息。
主动式是利用特殊的受控光源(称为主动光源)照射被测物，根据 主动光源的已知结构信息（几何的、物体的、光学的)获取景物 的三维信息。
非接触式测量技术基于光学原理，具有高效率、无破坏性、工作距 离大等特点，可以对物体进行静态或动态的测量。此类技术应用在 产品质量检测和工艺控制中，可大大节约生产成本，缩短产品的研 制周期，大大提高产品的质量，因而倍受人们的青睐。
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光Байду номын сангаас三维测量
光学三维测量
接触式测量的优缺点。 接触式测量的优点：接触式测量中广泛使用的是三坐标测量
光学三维测量
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光学三维测量
光学测量
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。
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光学三维测量
光学三维测量
随着现代检测技术的进步，三维测量技术 逐步成为人们的研究重点，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，使得光学式三维测量技术得到广泛的 应用。
(x，y)为调制度; δ k为相移量(k=1，2，3，…); φ(x，y)为相位，
它是物体形状h( x，y)的函数。
相移法有多种方案，出现较早的N步法将投影到物体表面的正弦
光栅条纹移动N次，每次移动的相位值为2π/(N+l)，从而得到
N+1幅图像。除此之外还有N段积分法、N+1步法、最小二乘法、
Carre相移法等。
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光学三维测量
光学三维测量技术的应用
光学非接触式三维形面测量技术正由于其非接触、高效率、
精度较高等优点，被广泛应用于电子、汽车、纺织、机械加工等
现代工业中，此外，在生物医学、人体测量学等方面也有广泛的
应用。
非接触式光学形面测量技术的几个主要应用: 1）自动加工和质量控制 2）磨具CAD(计算机辅助设计）/CAM 3）机器人视觉 4）医疗应用
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光学三维测量
表面三维形貌测量
表面三维形貌测量可分为接触式和非接触式两类，具体分 类如图1.1所示
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光学三维测量
光学三维测量
三维测量技术大体分为接触式与非接触式两类。
接触式测量基本上在坐标测量机(Coordinate Measuring Machine， CMM)上进行。坐标测量机是一种大型精密的三坐标测量仪器，可 以对具有复杂形状的工件的空间尺寸进行测量。
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光学三维测量
被动式光学三维测量技术
被动式测量技术主要用于受环境约束不能使用激光或特殊照 明光的场合或者由于保密需要的军事场合。
一般是从一个或多个摄像系统获取的二维图像中确定距离信 息，形成三维面形数据，即单目、多目视觉。这种方法的系统结 构比较简单，目前在机器视觉领域应用广泛。
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光学三维测量
主动式光学三维测量技术
主动式光学非接触测量技术大体上可分为飞行时间法、主动三角 法、莫尔轮廓术、傅里叶变换轮廓法、自动聚焦法、离焦法、全 息干涉测量法、相移测量法等。
目前主动式光学三维测量技术已经广泛用于工业检测、反求工程、 生物医学、机器视觉等领域。三维高速度、高精度测量技术将随 着测量方法的完善和信息获取与处理技术的改进而进一步发展， 在新的更加广阔的研究和应用领域中发挥重要作用。
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光学三维测量
相移测量法
在主动式光学三维测量技术中相移测量法比较常用。
相移测量法是一种重要的三维测量方法，它采用正弦光栅投影和
相移技术，投影在物体上的光栅，根据物体的高度而产生变形， 变形的光栅图像叫做条纹图，它包含了三维信息。
变形光栅的光强一般形式为:
I1(x，y)=I0[(l+γ (x，y) cos (φ (x，y) + δ k)] 式中I1(x，y)为物体(x，y)点上的光强; I0 (x，y）为背景光强; γ