光学三维轮廓测量技术进展
光学投影式三维轮廓测量技术研究
光学投影式三维轮廓测量技术研究摘要：光学投影式三维轮廓测量技术是一种非接触式、高效率的三维测量手段，其能够对被测物的表面轮廓进行快速、准确的获取。
本文介绍了光学投影式三维轮廓测量技术的基本原理、系统组成以及应用领域，并着重探讨了其误差来源和误差补偿方法，为光学投影式三维轮廓测量技术的进一步发展提供参考。
关键词：光学投影式三维轮廓测量技术；误差来源；误差补偿；应用领域。
一、概述随着现代制造工艺的发展，对于产品的精度要求越来越高，因此，对于产品的三维测量技术也有了更高的要求。
光学投影式三维轮廓测量技术是一种非接触式、高效率的三维测量手段，其能够对被测物的表面轮廓进行快速、准确的获取。
1. 非接触式测量，不损伤被测物；2. 快速测量：可以实现对复杂表面轮廓的快速获取；3. 高精度测量：可以满足精度要求较高的测量需求；4. 高度自动化：测量数据的处理和分析可以实现自动化。
二、基本原理光学投影式三维轮廓测量技术采用投影法测量被测物表面的轮廓，其基本原理可以用下图表示：如图所示，测量系统由投影系统和相机系统组成。
投影系统将光线通过透镜进行聚焦，形成高斯光束，使其在被测物表面上形成一个条形状的光影。
相机系统捕捉被测物的轮廓图像，并通过测量分析得到被测物轮廓的三维信息。
在测量过程中，可以通过调整相机和投影系统的相对位置来满足测量精度的要求。
三、系统组成光学投影式三维轮廓测量技术的系统由投影系统、相机系统、支撑系统和计算机控制系统等几个部分组成。
1. 投影系统投影系统主要由光源、透镜、滤光片和投影面组成。
光源一般使用激光或LED光源，透镜可以将光线捕获并进行聚焦，滤光片可以增强光源的亮度和对比度，投影面是被测物表面上形成的一条光影。
2. 相机系统相机系统通常采用高速、高分辨率的相机，可以通过调整相机参数来满足不同精度测量的需求。
相机系统一般分为两种配置：单目相机和双目相机。
光学轮廓分析实验报告
实验名称：光学轮廓分析实验日期：2023年X月X日实验地点：光学实验室实验目的：1. 了解光学轮廓分析的基本原理和实验方法。
2. 掌握使用光学轮廓仪进行表面形貌测量的操作步骤。
3. 分析测量结果，评估样品表面的几何特征。
实验仪器：1. SuperView W1光学3D表面轮廓仪2. 样品（半导体芯片、光学元件等）3. 计算机4. 数据处理软件实验原理：光学轮廓分析是利用光学干涉原理对样品表面进行非接触测量，从而获得样品表面的三维形貌信息。
SuperView W1光学3D表面轮廓仪采用白光干涉技术，以优于纳米级的分辨率，测试各类表面并自动聚焦测量工件获取2D，3D表面粗糙度、轮廓等一百余项参数。
实验步骤：1. 将样品放置在载物台镜头下方，确保样品表面与镜头平行。
2. 检查电机连接和环境噪声，确认仪器状态。
3. 使用操纵杆调节Z轴，找到样品表面干涉条纹。
4. 微调XY轴，找到待测区域，并重新找到干涉条纹。
5. 完成扫描设置和命名等操作。
6. 点击开始测量，进入3D视图窗口旋转调整观察。
7. 台阶样品分析：校平样品表面，选择基准区域，进行排除和包括操作。
8. 台阶高度测量：进入分析工具界面，点击台阶高度图标，获取自动检测状态下的面台阶高度相关数据。
9. 手动检测：根据需求选择合适的形状作为平面1和平面2的测量区域，数据栏可直接读取两个区域的面台阶高度。
实验结果：1. 通过实验，成功获取了样品表面的三维形貌信息。
2. 利用数据处理软件对测量结果进行分析，得到了样品表面的粗糙度、轮廓等几何特征。
3. 对比样品表面的实际几何特征，实验结果与预期相符。
实验讨论：1. 光学轮廓分析具有非接触、高精度、高分辨率等优点，在精密加工、材料分析等领域具有广泛的应用。
2. 实验过程中，样品表面干涉条纹的观察和调整是关键步骤，需要操作者具备一定的经验。
3. 在台阶样品分析中，基准区域的选取对测量结果有较大影响，需要根据实际情况进行选择。
三维测量技术发展现状及趋势
三维测量技术发展现状及趋势
一、三维测量技术发展现状
三维测量技术是近年来发展迅速的技术，是利用对三维物体尺寸、形状、位置和表面形貌进行测量的技术。
此技术应用广泛，其典型应用有机械、精密装配技术，模具制造，设备校正，运动跟踪，汽车行业，航空航天，冶金，特种材料，医疗和生物科技，消费品，质量控制，文物研究，
等等。
近年来，三维测量技术得到了长足的发展，从传统的红外技术、视
觉测量、激光头测量等多种技术发展到3D扫描技术、X射线CT技术等，
新技术不断涌现，各种前沿技术也纷纷涌现，大大拓宽了三维测量技术的
发展空间。
1、传统三维测量技术
传统的三维测量技术有红外技术、视觉测量技术和激光头测量技术等。
红外技术是一种热图测量技术，它能够捕捉到物体的温度图像，从而准确
测量物体的形状。
视觉测量技术是一种利用摄像机捕捉图像，再利用计算
机通过图像处理算法，提取出物体的三维特征信息，来进行测量的技术。
激光头测量技术是利用激光头投射出一条精确的激光线，来测量物体的表
面形状，以确定物体的三维坐标位置。
2、新兴三维测量技术
近年来，三维测量技术也发展出了许多新技术。
光学非接触三维形貌测量技术新进展
文章编号l004-924X （2002）05-0528-05光学非接触三维形貌测量技术新进展陈晓荣，蔡萍，施文康（上海交通大学电子信息学院，上海200030）摘要：三维物体表面轮廓测量是获取物体形态特征的一种重要手段，在机器视觉、自动加工、工业检测、产品质量控制领域具有重要意义和广阔的应用前景。
光学非接触测量由于其高分辨率、无破坏、数据获取速度快等优点而被认为是最有前途的三维形貌测量方法。
介绍了光学非接触测量方法中的光切法、基于调制度测量的原理及优缺点，重点介绍了光栅投射法的测量原理，并分析了其研究热点与发展方向。
关键词：非接触检测；形貌测量；3D 中图分类号：TB92文献标识码：A!引言三维曲面或三维轮廓测量技术广泛应用于工业、科研、国防等领域。
汽车车身、飞机机身、轮船船体、汽轮机叶片等加工制造中的在线检测，特别是大型工件的曲面检测一直是生产中的关键技术难题。
该类工件在车间条件下一般采用靠模法测量，但可测截面少，测量精度低；在计量室条件下采用三坐标测量机测量虽然精度较高，但数据采集速度低，测量成本高，且难于实现在线测量。
鉴于接触式测量方法的局限性，用非接触光学方法来测量物体表面轮廓形状，例如激光三角法、莫尔投影法、工业视觉测量法等具有灵敏度高、速度快、获取数据多等特点，在三维测量中正日益受到重视和广泛应用。
"测量原理从技术上看，光学非接触测量法可分为两类：一类称为被动法，利用图像明暗、纹理、光流等信息求出三维信息，常用于对三维目标的识别、理解以及位置形态的分析；另一类称为主动法，采用结构照明方式，由三维面形对结构光场的空间或时间调制，观察光场中携带了三维面形的信息，对观察光场进行解调，可以得到三维面形数据。
由于后一种方法具有较高的测量精度，因此大多数以三维面形测量为目的的三维传感系统都采用主动三维传感方式。
下面简要介绍光切法、调制度轮廓术，重点介绍光栅投射法。
".!光切法光切法LSM （li g ht-section method ）是近年来在激光逐点扫描法基础上发展起来的一种非接触测量方法。
光学投影式三维轮廓测量技术研究
光学投影式三维轮廓测量技术研究
光学投影式三维轮廓测量技术原理
光学投影式三维轮廓测量技术主要由投影装置、相机系统和计算机软件组成，其工作原理如下：
1. 投影装置：光学投影式三维轮廓测量技术使用高亮度、高分辨率的投影仪对待测物体进行光学投影。
投影仪通过计算机控制，将预先设定的光栅图案或条纹图案投影到待测物体表面。
2. 相机系统：相机系统通常由高分辨率的工业相机组成，用于捕捉待测物体表面的投影图案。
相机系统通过适当的角度和距离布置，以获得物体表面的多个投影图像。
3. 计算机软件：计算机软件主要负责处理和分析相机捕捉到的图像数据，通过图像处理算法提取出物体表面的三维轮廓信息。
光学投影式三维轮廓测量技术应用
光学投影式三维轮廓测量技术在工业领域具有广泛的应用，主要包括以下几个方面：
1. 三维检测与测量：光学投影式三维轮廓测量技术可以实现对工件的高精度三维轮廓测量，适用于汽车制造、航空航天、电子设备等行业的产品检测与测量。
2. 三维重建与建模：通过光学投影式三维轮廓测量技术可以对物体进行三维重建与建模，为产品设计、建筑设计、文物保护等领域提供高精度的三维数据支持。
3. 质量控制与检验：光学投影式三维轮廓测量技术可以实现对产品的尺寸、形状、表面质量等进行全方位的质量控制与检验，提高产品的质量稳定性和产品一致性。
4. 快速成像与测量：光学投影式三维轮廓测量技术具有快速成像和测量速度快的特点，适用于对物体进行快速成像和测量，提高生产效率。
光学三维轮廓测量技术进展
结构光技术 [ 3 ]是一种主动式三角测量技术 ,其 基本原理是 :由激光投射器投射可控制的光点 、光条 或光面结构 ,光到物体表面形成特征点 ,并由 CCD 摄像机拍摄图像 ,得到特征点的投射角 ,然后根据标 定出的空间方向 、位置参数 ,利用三角法测量原理计 算特征点与 CCD 摄像机镜头主点之间的距离 ,图 2 是三角法原理示意图 。结构光方法具有计算简单 、 体积小 、价格低 、便于安装和维护的特点 ,在实际三 维测量系统中被广泛使用 ,但是测量精度受物理光 学的限制 [ 4 ] ,存在遮挡问题 ,测量精度与速度相互 矛盾 ,难以同时得到提高 。
相位测量法目前的困难 [ 8 ]主要有两点 :投影系 统和叠相还原 。为了产生投影条纹 ,用两个相干波 前产生的干涉条纹作为投影机构 。这些方法要求良 好的机械稳定性以及精确的机械移动机构 ,干涉条 纹易受大气扰动的影响 。LCD、DMD 等已成为流行 的大有前途的自适应投影器件 ,但目前分辨力较低 , 不容易实现高精度测量 。
常见的方法包括傅里叶变换 、小波变换 。傅氏 变换 [ 11 ]轮廓测量法利用数字滤波技术 ,将频率较高 的载波和频率较低的面形分离出来 ,然后进行反变 换 ,得到包含高度信息的相位 。傅氏变换轮廓测量 法用一幅图得到相位值 ,数字滤波技术可以消除高 次谐波的影响 ,但是计算量大 ,使用 FFT产生的泄 漏 、混频 、栅栏效应产生误差 ;数字滤波器需要不断 试错才能得到正确的参数 。
结构光方法具有计算简单体积小价格低便于安装和维护的特点在实际三维测量系统中被广泛使用但是测量精度受物理光学的限制光点式结构光方法激光束通过扩束聚焦系统成为发散角较小的光束入射到多面体转镜上利用转镜的旋转实现激光束在被测物面垂直与水平两个方向上的扫描完成对整个三维轮廓表面的测量
3d轮廓测量的原理和应用
3D轮廓测量的原理和应用1. 引言在现代工业和科学研究中，精确测量物体的形状和轮廓是一个重要的任务。
而3D轮廓测量技术则能够提供高精度的测量结果，被广泛应用于制造业、医疗、地理勘探等领域。
本文将介绍3D轮廓测量的原理和应用。
2. 3D轮廓测量的原理3D轮廓测量技术通过使用光学或机械手段获取物体表面的三维坐标信息，并将其转化为数字化的数据。
常用的原理有以下几种：2.1 结构光原理结构光原理是一种常用的3D轮廓测量方法。
该方法通过投射一组结构化光条或光点到物体表面，利用相机或传感器捕获物体表面上的光条或光点的位置，进而计算出物体表面的三维坐标信息。
2.2 相位测量原理相位测量原理是另一种常见的3D轮廓测量方法。
该方法利用相机或传感器记录物体表面上的不同光强变化情况，通过测量光的相位差来计算出物体表面的三维形状。
2.3 三角测量原理三角测量原理是一种基于几何关系进行测量的方法。
该方法使用多个相机或传感器同时观测同一个物体，通过比较观测到的物体在不同视角下的投影位置，运用三角学原理计算出物体表面的三维坐标信息。
3. 3D轮廓测量的应用3D轮廓测量技术具有广泛的应用前景，以下列举了其中几个重要的应用领域：3.1 制造业在制造业中，精确测量产品的形状和轮廓是确保产品质量和与其他零部件配合的关键步骤。
3D轮廓测量技术可以应用于零件检测、质量控制和尺寸测量等方面，帮助制造商提高生产效率和产品质量。
3.2 医疗领域在医疗领域中，3D轮廓测量技术可以应用于口腔、牙齿、脸部等部位的形态测量。
例如，在牙科领域中，3D轮廓测量可以帮助制作牙套、矫正器和义齿等医疗器械。
3.3 地理勘探地理勘探中需要对地表进行高精度的测量，以获取地形、地貌等信息。
3D轮廓测量技术可以应用于地图绘制、土地开发和环境调查等领域，提供准确的地理数据支持。
3.4 艺术和文化遗产保护在艺术和文化遗产保护领域，3D轮廓测量技术可以应用于古建筑、雕塑等文物的数字化保护。
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。
光学投影式三维轮廓测量技术研究
光学投影式三维轮廓测量技术研究光学投影式三维轮廓测量技术是一种利用光学原理进行三维物体表面形状测量的技术。
它可以通过对物体表面投影光线，并观察投影结果，来获得物体表面的三维轮廓信息。
光学投影式三维轮廓测量技术主要包括两个关键步骤：光源的投影和投影结果的测量。
在光源的投影阶段，通常采用点光源或线光源来照射待测物体。
通过改变光源的位置、光源的形状或光的颜色等参数，可以实现不同投影效果，进而获取不同程度的表面轮廓信息。
在投影结果的测量阶段，使用合适的测量仪器（如相机或扫描仪）对投影结果进行捕捉，并进行图像处理和数据分析，从而获得物体表面的三维轮廓信息。
1. 非接触性测量：光学投影式三维轮廓测量技术可以在不接触物体的情况下进行测量，避免了传统测量方法中可能产生的物体损伤或变形问题。
2. 高精度测量：通过合适的光源和测量仪器，以及精确的数据处理算法，可以实现高精度的物体表面形状测量。
对于一些具有复杂表面形状或微小特征的物体，光学投影式三维轮廓测量技术可以提供更准确的测量结果。
3. 快速测量：与传统的三维测量方法相比，光学投影式三维轮廓测量技术通常具有较快的测量速度。
这主要得益于光学投影的非接触性和计算机图像处理的高效性。
光学投影式三维轮廓测量技术在众多领域都有广泛的应用。
例如在工业制造中，可以用于产品质量检测、尺寸测量和形状分析等方面；在医学领域，可以用于人体无创检测、病变分析和手术导航等方面；在文化遗产保护中，可以用于文物修复和数字化保存等方面。
光学投影式三维轮廓测量技术是一种灵活、精确和高效的三维测量方法，具有广泛的应用前景。
随着相关技术的不断发展和改进，相信它将在更多领域展示出更多的潜力和优势。
光学三维轮廓仪实验报告
光学三维轮廓仪一、实验目的对各种精密器件及材料表面进行亚纳米级测量二、实验设备原理介绍它的工作原理主要基于光学干涉技术和非接触式测量图1工作台整体三、实验设备中用的传感器及传感器安装位置、类型三维光学轮廓仪的核心部分是光学传感器，它主要由相机、光源和适配器等组成。
主要原理为白光干涉的传感器应用。
图2标注后相机采集被测物体表面的光学信息，适配器将相机和光源组合到一起，以便在同一光路中捕获到被测物体的图像和三维坐标信息。
光源通常使用投影式光源，可以通过光斑和条纹等方式投射出特定的光学图案，用于测量被测物体表面的形态和轮廓。
其中白光干涉的传感器中，白光干涉功能强大，广泛应用于测量表面形貌和透明膜。
它特别适用于测量光滑和适度粗糙的表面。
它的优势在于任何放大倍数都能确保纳米级的纵向分辨率。
具体传感器如下：（1）CCD/CMOS摄像头：用于捕捉物体表面的图像。
（2）激光发射器：用于发射激光光束。
（3）激光接收器/相机：用于接收反射回来的激光光束或者激光散斑图案。
四、查找资料，写出设备上传感器的工作原理所用传感器的工作原理：（1）CCD/CMOS摄像头：将物体表面的图像转换成电信号。
（2）激光发射器：发射一束激光光束，通常是一条直线或者一组线条。
（3）激光接收器/相机：接收激光光束反射回来的信号，或者接收被激光光束照射后产生的散斑图案。
最后通过分析摄像头捕获到的图像或者激光接收器接收到的信号，可以计算出物体表面的三维形状和轮廓。
五、数据处理的方式在光学传感器采集到物体的图像和三维坐标信息后，需要对这些数据进行处理和分析。
数据处理主要包括：1.图像预处理。
由于光学传感器采集的图像存在噪声和失真等问题，需要采用滤波和去噪等技术对其进行预处理，以便后续处理和分析。
2.点云处理。
光学传感器采集到的三维坐标信息被称为点云，在点云中，每个点都有自己的坐标信息和颜色信息。
点云处理主要包括点云对齐、点云滤波、点云配准等操作，可以得到高质量、准确的物体表面三维坐标信息。
浅析光学3D表面轮廓仪如何实现高精度测量
浅析光学3D表面轮廓仪如何实现高精度测量在半导体、超精密加工及微纳材料等领域，器件的表面质量直接关系着后期的产品质量和研究成果，中图仪器SuperView W1系列光学3D表面轮廓仪，是一款分辨率达到亚纳米级别的光学检测仪器，助您轻松实现2D/3D表面粗糙度、轮廓测量，超高精度，“纳”么简单。
3D测量，一览无余采用白光干涉技术，结合具有优异抗噪性能的3D重建算法，真实还原样品的每一个细节，随意翻转缩放，助您轻松观察、测量样品的任意特征。
功能强大，参数齐全粗糙度、平面度、孔洞分析、顶点分析等3D测量功能全部囊括，距离、角度、直径测量等2D轮廓分析功能完全覆盖，更有依据ISO|ASME|EUR|GBT四大国内外标准的300余种特征参数，让您对样品的了解细致入微。
操作便捷，简单明了直观的操作界面，让您对操作流程一目了然，自动聚焦，助您一键实现测量过程；可视化的工作流程树，一键激活的图库管理功能，所见即所得的同步分析功能，更有一键分析功能，批量测量不用愁。
超高重复精度，稳定可靠采用了高精度扫描模块和独特的内部抗振设计，可实现最高0.05%的测量精度重复性和0.002nm的粗糙度RMS重复性，完美诠释始终如一的测量品质。
两种型号，量身定制W1系列光学3D表面轮廓仪提供1100单镜头手动版和1200多镜头自动版两种机型，另可针对不同的客户需求，在两种型号间选取不同配置进行组合，让仪器完美切合客户需求，贴心更省力。
广泛应用，贴心服务可测2D/3D轮廓、粗糙度，300余种特征参数……光学3D表面轮廓仪在半导体、超精密加工及微纳材料等领域可得到广泛应用，超光滑硅晶片表面粗糙度、超精密非球面弧面线粗糙度、金字塔型磁头夹角、微透镜阵列曲率半径……一个个来自客户的实际应用案例，让我们对这款产品充满信心，全程跟进的技术支持，为您提供最贴心的服务。
中图仪器SuperView W1系列光学3D表面轮廓仪，为满足客户的应用需求而生。
光学投影式三维轮廓测量技术研究
- 8 -高 新 技 术由于物体三维轮廓包括了所有形态信息，所以在对物体三维轮廓进行全方位测量后，能全面掌握物体形状，并更深入的了解物体信息。
因此，在各行企业飞速发展中，随着民用工业对物体三维轮廓提出了全新的测量要求，市场中涌现出了多种优质测量方法，如直接三角法，相位测量法等，它们不仅能提升工作速度，保证测量的准确性，而且支持并行处理。
因此，下面对光学投影式三维轮廓测量技术进行深层探索。
１ 光学投影式三维轮廓测量技术分析物体的三维轮廓测量在多个领域中的作用越发显著，如医疗诊断、机器人视觉、质量控制等。
由于光学测量方法具有非接触特性，且获取数据的速度快、没有威胁、分辨率高，所以现阶段已经成为公认的最具发展前景的三维轮廓测量方法。
光学轮廓测量方法的类型很多，如逐点扫描法、散斑干涉法等。
以逐点扫描法为例，通过运用光学投影原理可以更好地进行散射物体的宏观轮廓测量工作。
了解当前市场发展趋势可知，光学投影式轮廓测量技术的应用越来越广泛，且随着整体科技技术水平的革新，涌现出了新的内容。
该文在研究光学投影式轮廓测量技术时，主要从以下2个方面入手。
１．１ 直接三角法这种方法中包括光切法、激光逐点扫描法及最新提出的二元编码图样投影法。
因为3种技术都是以三角测量原理为依据进行工作的，且会根据成像点、投影点及出射点的几何关系确定物体中点的高度，所以在测量时最为关键的是要全面掌握三者关系。
下面对3种方法进行简单说明。
1）光切法会引用一维线形图样扫描物体，不仅速度比逐点法快，而且测量点也非常简单。
因此，应用范围较为广泛，在国际市场也有相关商品出售。
2）逐点法是指用一个光点扫描物体，虽然简单有效，但测量消耗时间长。
3）二元编码图像投影法会应用时间或/和空间编码的二维光学图样投影，优化实践测量工作的效率。
这种方法在现如今的市场环境中，具有非常广阔的应用前景。
通过对比研究可知，上述3种方法都具备以下优点，如信号处理方便有效，不需要引用复杂条纹分析确定测量点的高度。
光学投影式 3D 轮廓测量专利技术综述
光学投影式 3D 轮廓测量专利技术综述摘要：本文立足于专利文献，从专利的角度对光学投影式3D轮廓测量技术进行了介绍和分析，对该领域全球专利文献数据进行统计、筛选、定量、定性分析，借助计算机分析软件实现专利分析图表的绘制，为相关领域的审查工作提供技术支持，并对光学投影式3D轮廓测量技术的技术发展趋势提供参考。
关键词：光学投影 3D轮廓测量叠相还原专利技术分析一、光学投影式3D轮廓测量技术概述光学投影式3D轮廓测量是光学式三维测量领域中基于结构光法中重要分支，光学投影式3D轮廓测量是通过向被测物表面投射能量，由图像传感器接收并记录投射的光斑位置，由于物体高度起伏产生了变形成像，通过系统间的几何关系，恢复被测物体的面形轮廓。
由于其具有非接触、自扫描、高精度的特点规避了传统机械扫描方式（例如扫坐标测量）设备冗余、数据处理慢、接触式测量的缺陷，已成为信息光学研究的前沿技术，因此，对其进行专利技术分析具有重要意义。
光学投影式3D轮廓测量技术总体分为两大类，基于光学三角法的轮廓测量和基于相位测量的轮廓测量[1][2]。
光学三角法轮廓测量可以用“像点位移”的概念解释，坐标系OXYZ中空间一点P射出的光线PB与参考平面XOY交于B点，并成像于探测器平面XOY上的B＇点，当放入被测物时，光线PB交物面于H点，H点像点A＇。
从探测器像面上看，由于被测物体的存在，像点由B＇移动到A＇，对应于参考面上的距离为AB，该距离AB与H点高度符合三角关系，因此，可通过测量像点位移得到物体的高度信息。
而相位轮廓测量也是基于光学三角法，但它不是直接寻找和判断位置变动后的像点，而是通过测量相位间接实现。
通过将规则的光栅图像投射到被测物表面，通过CCD探测器从另一角度观察由于受物体高度影响而产生的条纹变形，该种变形可解释为相位和振幅均被调制的空间载波信号，对变形条纹进行解调，恢复相位信息，通过相位确定高度，进而得出轮廓信息。
工程应用中光学投影3D轮廓测量涉及的技术分支较多，必须考虑其所涉及的多个技术分支，通过采用对宏观数据进行定量分析及对重点技术进行定性分析相结合的研究方式，发现目前申请人最关注的技术为：投影方式、叠相还原、误差分析补偿三个一级分支，而投影方式涉及投影采用的仪器设备和投影的条纹调制方式两个二级分支；叠相还原分为基于一幅干涉图像解调相位信息的空域叠相还原和基于多幅图像的时域叠相还原二级技术分支；而误差分析补偿常见的为基于对硬件或软件补偿两个二级技术分支。
光学投影式三维轮廓测量技术研究
光学投影式三维轮廓测量技术研究1.引言随着科技的不断发展，三维测量技术在工业生产、医疗、地质勘探等领域得到了广泛的应用。
光学投影式三维轮廓测量技术是一种常用的三维测量技术之一，它通过投射光线或光斑在被测物体表面上形成光影，再利用相机或传感器采集光影信息，从而实现对被测物体表面的三维轮廓的测量。
本文将对光学投影式三维轮廓测量技术进行探讨和研究，从原理、设备、方法以及应用等方面进行详细的介绍和分析。
光学投影式三维轮廓测量技术是基于光学测量原理，利用光的投影、成像和重构特性来实现对被测物体的三维轮廓测量的一种技术。
其原理主要包括以下几个方面：2.1 光源和投影光学投影式三维轮廓测量技术中，光源一般是激光或白光，通过透镜或其他光学装置对光源进行聚焦和改变，使其成为一道平行或近似平行的光束。
将光束投射到被测物体的表面上，形成光影或光斑。
2.2 形成光影当光束照射到被测物体表面上时，由于光线的不同入射角度和入射位置，使得光线经过反射、折射、漫反射等过程，在被测物体表面上形成光影或光斑。
光影的形成是由被测物体的表面轮廓和光源的参数共同决定的。
2.3 采集光影信息利用相机、传感器或扫描装置对形成的光影进行采集和记录，获取光影的图像数据。
光影的图像数据包含了被测物体表面的三维轮廓信息。
2.4 重构三维轮廓通过图像处理、计算机视觉、三维重建等技术手段，对采集到的光影图像数据进行分析和处理，将二维图像数据转换为三维坐标数据，从而实现对被测物体表面的三维轮廓的重构和测量。
光学投影式三维轮廓测量技术的设备主要包括光源、投影透镜、相机或传感器、图像处理系统等组成部分。
光源是光学测量的基础设备，其选择直接影响到测量的效果和精度。
常用的光源包括激光器、白光灯等，根据不同的测量需求和被测物体特性选择合适的光源。
3.2 投影透镜投影透镜用来对光源进行聚焦和改变，使光束成为平行或近似平行的光束，从而实现光束的投射。
投影透镜的参数和特性直接影响到光影的形成和采集。
光学3D表面轮廓仪助推超精密加工技术发展
光学3D表面轮廓仪助推超精密加工技术发展机械零件的表面加工质量不仅直接影响零件的使用性能，而且对产品的质量、可靠性及寿命也至关重要。
随着超精密加工技术的飞速发展，超精密加工表面的微观形貌测量已成为超精密加工领域中亟待解决的关键课题。
超精密加工表面极为光滑，表面粗糙度Ra值在几分之一纳米到十几纳米之间。
加工超光滑表面的材料主要有光学玻璃、有机玻璃、石英玻璃等光学材料，锗、硅等半导体材料及铜、铝等金属材料。
表面微观形貌测量的传统方法是机械触针法，该方法可通过触测直接获得被测表面某一截面的轮廓曲线，经计算机进行数据处理分析，可得到接近真实轮廓的各种表面特征参数。
虽然该类仪器具有较高分辨率及较大量程（如Talystep触针式轮廓仪分辨率可达0.1nm，测量范围可达100μm），但由于测量时尖锐的金刚石触针极易划伤被测样件的超光滑表面并引起测量误差，因此其在超精密表面测量中的应用受到一定限制。
随着科技发展，扫描隧道显微镜（STM）及其衍生物原子力显微镜（AFM）相继出现，使表面微观轮廓测量技术发生了革命性变革。
该类仪器不但具有可达原子尺度的超高分辨率（横向分辨率0．1nm，垂直分辨率0．01nm），还能获得关于被测表面原子结构及功能特性的大量信息。
但STM和AFM对测量环境要求苛刻，需要采取良好的隔振措施和配备复杂的传感器运动伺服控制系统，且仪器价格昂贵，测量范围也较小，在实际应用中还需解决精密隔振技术、压电陶瓷的控制等技术难题。
自1960年激光器问世以来，由于激光具有单色性、相干性和方向性好、光强度高等特点，很快成为精密光学测量的理想光源，各种类型的激光干涉仪均以真空中的激光波长作为长度测量基准。
主要采用激光作为测量光源的表面微观形貌光学测量方法不仅能实现高精度的快速非接触测量，而且系统结构简单、成本低，因此在超精密表面非接触测量领域得到了迅速发展。
目前较为成熟的光学测量方法就是仪白光干涉为原理，结合精密Z向扫描模块、3D 建模算法的光学3D表面轮廓仪，也叫白光干涉仪。
三维面形测量技术的新进展
·615 ·
加的二维扫描. 对于点结构照明的传感系统 ,通 常采用线阵探测器件作为接收器.
第二种结构照明系统是投射一个片状光束 到待测物体表面 ,形成线结构照明 ,如图 2 ( b) 所示. 采用这种照明的传感系统使用二维面阵 探测器作为接收器件 ,只需要附加一维扫描就 可以形成完整的三维面形数据. 在某些实际应 用中 ,被测物体本身沿一个方向移动通过视场 , 例如传送带上的工件 ,这时只需要一个固定的 线结构照明传感系统就可以完成三维面形测量 任务.
维滤波的方法. 由于傅里叶变换轮廓术具有采
样速度快的优点 ,正在被用于三维面形动态变
化过程的研究之中.
3. 2 位相测量轮廓术
位相 测 量 轮 廓 术 ( p hase measuring pro2
filometry , 简称 PM P) 是一种重要的三维传感
方法[5 ] . 这种方法采用正弦光栅投影和相移技
Key words t hree2dimension measurement , t hree2dimension sensing and machine vision , profilomet ry
物体的三维形态特征是物体最重要的特征 之一. 人们一直在研究用各种光学方法对物体 三维表面形状进行测量 ,而实际上人的双眼就 是最完美的三维传感器 ,它不仅能感知物体的 二维坐标信息 (上下 、左右) ,还可以感知深度信 息 (前后) . 使用双摄像机的被动三维传感系统 采用了人体双目立体视觉的原理 ,用计算机信 息处理系统代替人的大脑 ,从两个不同视觉方 向的二维图像中重建物体的三维面形. 如果将 双摄像机中的一个换成投影器 ,投射出点 、线 、 面的结构光场 ,由于物体表面形状的不同 ,另一 个摄像机观察到的光场会发生变化 ,因此 ,从变 形光场中可以计算出物体表面形状 ,现代大多 数主动三维传感技术就是根据这个原理发展起 来的.
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
光学投影式三维轮廓测量技术研究
光学投影式三维轮廓测量技术研究【摘要】光学投影式三维轮廓测量技术是一种新型的测量技术，具有高精度、高效率和非接触等优势。
本文从技术原理、影响因素分析、技术优势探讨、应用领域拓展和关键技术创新等方面对该技术展开研究。
通过对技术前景展望、发展趋势分析和总结评价，可以看出该技术在工业制造、医疗保健、文物保护等领域有着广泛的应用前景。
未来随着技术的不断创新和发展，光学投影式三维轮廓测量技术将会有更广泛的发展空间，并为各行业带来更多的创新和改变。
【关键词】光学投影式三维轮廓测量技术、研究背景、研究目的、研究意义、原理、影响因素、技术优势、应用领域、关键技术创新、技术前景、发展趋势、总结评价。
1. 引言1.1 研究背景光学投影式三维轮廓测量技术是一种基于光学原理的先进测量方法，可以实现对三维物体表面进行快速、精确的测量和重建。
随着科技的发展和工业制造的日益复杂，对于高精度三维测量技术的需求也日益增加。
研究和探索光学投影式三维轮廓测量技术具有重要的意义。
在过去的几十年中，随着计算机技术和光学技术的不断发展，光学投影式三维轮廓测量技术得到了广泛的应用。
其原理简单，操作方便，测量速度快，精度高，可以应用于工业制造、医学、文化遗产保护等领域。
目前仍然存在一些技术难题和挑战，如测量精度的提高、复杂表面的测量、快速数据处理等问题，亟待解决。
本文旨在对光学投影式三维轮廓测量技术进行深入研究，探讨其原理、影响因素、技术优势、应用领域拓展及关键技术创新等内容，旨在为该技术的进一步发展和应用提供理论支持和技术指导。
通过本文的研究，可以更好地认识光学投影式三维轮廓测量技术的特点和优势，为其在实际应用中发挥更大的作用提供参考和借鉴。
1.2 研究目的研究目的是为了探究光学投影式三维轮廓测量技术在工业制造、医学影像、文物保护等领域的应用前景，并深入分析其在实际应用中可能面临的挑战和限制。
通过研究光学投影式三维轮廓测量技术的原理和影响因素，探讨如何优化该技术，提高测量精度和稳定性，提升技术的实用性和可靠性。
光栅投影三维轮廓测量技术分析及进展
图 1 直接三角法示意
激光器发出的光照射到参考平面上 ,部分反
射光通过透镜组成像并显现在光敏面上 ,当被测
物轮廓高度发生变化时 ,像点在光敏面上的位置
也发生变化. 由像点变化可求得高度的变化 ,即相
对参考面的高度值. 测点高度满足 [ 6 ]
( a + m 0 2 )Δg
h=
b ab
1 + m 20Δg
Abstract: Of the different shape measurement methods and the phase analysis techniques, op tical p rofilom etry for the diffused reflection objects can be classified into two group s, namely direct triangulation and grating p rojection phase measurement method. This paper mainly introduces grating p rojection as one kind of phase m easurement method. The measurem ent p rincip le of grating p rojection method and the key techniques, such as Fourier transformation m ethod, phase unw rapp ing and system calibration, are given. Some currently popular research subjects and future possible top ics are p resented. Key words: op tical p rofilometry; grating p rojection; phase measurement; phase unw rapp ing; system calibration
光学相位三维轮廓测量的新方法
光学相位三维轮廓测量的新方法材料与冶金工程学院：马淑贞指导教师：钟丽云本创作涉及光学相位测量轮廓术中的核心技术—移相技术和干涉条纹问题，属光电检测及光信息处理领域.在光学投影式三维轮廓测量中，相位测量轮廓术（Phase Measuring Profilometry，简称PMP）要求投影结构光的光栅必须是正弦光栅，但实际上要制作一正弦型光栅是非常困难的事，一般情况下只能得到准正弦光栅. 因此许多人采用相干结构光照明的方法，将两束相干光波干涉形成清晰且对比度高的正弦干涉条纹的确条纹直接投影到被测物体表面上，通过解调被物体调制的条纹，但在实际的测量中由于受到防震平台和外部环境的影响，使产生的干涉条纹发生飘移和抖动，这样对采用点对点计算的PMP技术来说，给被测物体带来了很大的测量误差，故其应用受到一定的限制.在PMP方法中，相移方法一般是通过在参考光中导入增加的相位，来改变干涉条纹的相位差以达到移相的目的，但该方法的一个致命的缺点是无法抑制因条纹抖动对测量误差的影响，另外，如果采用四步相移技术，每次改变参考光的光程λ/4，这样需要高精度的相移器（其精度至少为0.01 微米）.因此，本创作针对目前光学投影式的相位测量轮廓术所存在的问题，提出了一种克服条纹的抖动并且实现移相的新方法. 该方法通过在投影光路中加入条纹稳定计来锁定投影干涉正弦条纹，采用精度为0.1微米的微位移平台，沿同一方向（如X方向）依次移动物光波d/4，d/2，3d/4，d（d为投影直条纹间距）来实现相移，若条纹间距d为0.5毫米，对精度为0.1微米的微位移平台完全达到要求. 这样可完全消除条纹抖动对移相误差的影响，从而达到点对点的PMP测量.下面将结合附图对本创作做进一步详述（实施例）：(1) 获取含有物体高度信息的变形条纹图（参见附图1）按附图1所示的光路图布置好光路，把得到的正弦干涉结构光均匀照明到物体上，通过微位移器来移动物体（微位移器的精度为0.1微米），用CCD摄像机采集条纹图，经图象采集卡存到计算机中. 如图2为含有物体高度信息的变形条纹相移图.(2) 重构物体的三维相位信息利用数值计算软件matlab编程，采用相位测量轮廓术的方法重构物体的相位信息. 图3为对鼻子的石膏雕像进行测量，采用了Hariharan五步相移法，投影条纹的间距d为0.601099mm,依次沿X方向移动物体d/4，d/2，3d/4，d，即分别为0.15027mm，物体的相位及解包裹后的物体灰度图和三维网格图.本创作与现有技术相比，具有如下优点：(1) 可以完全抑制了因条纹抖动对测量误差的影响，对工业现场三维物体的测量具有极重要应用价值.(2) 移相问题采用移物光波技术，解决了传统采用移参考光波需要高精度的相移器的难题.(3) 该装置简单、价格低廉，且不受环境、温度、电压等限制.图2b 为物光波移动0.15027mm 的变形条纹图3 用matlab重构物体的信息。
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第 35卷第 3期激光与红外 Vol . 35, No . 3 2005年 3月 LASER & I N FRARE DMarch, 2005・综述与评论・文章编号 :100125078(2005 0320143205光学三维轮廓测量技术进展李永怀 , 冯其波(北京交通大学理学院 , 北京 100044摘要 :, , , , 摄影法 , , 。
关键词 :; :AOvervi ew of Opti cal 3D Profile M easure mentL I Yong 2huai, FENG Q i 2bo(School of Science, Beijing J iaot ong University, Beijing 100044, ChinaAbstract:An overvie w of s ome main op tical methods are p r ovided on 3D shape measure ment, that is ti m e 2of 2flight, structured light, phase measurement, interfer ometry and phot ogra mmetry . Advantages and li m itati ons are discussed, their current research focus and pers pective trend are p resented . Key words:3D measure ment; op tical method; overvie w1引言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。
实现光学轮廓测量的方法很多 , 常见的有飞行时间法 , 结构光技术 , 相位法 , 干涉法 , 摄影法。
图 1飞行时间法原理2测量原理2. 1飞行时间法 (Ti m e 2of 2Flight飞行时间法[1]可分为脉冲调制和相位调制 , 其原理如图 1所示。
脉冲调制法是测量系统发射光脉冲到被测物体表面 , 经其反射后被传感器接收 , 测出光脉冲的飞行时间 , 根据光速即可计算出其飞行距离。
测量精确度主要依赖于接收通道的带宽、起止激光脉冲的鉴别和时间间隔测量 , 而时间间隔的精确测量是影响精度的主要因素。
为了提高测量精度 , 可以采用相位调制。
激光束幅度被正弦调制 , 通过比较发射光束和接受光束之间的位相可计算出雷达与目标之间的距离。
由于相位测量只有在 2π内才是单值 , 为保证测量的精度和测量范围 , 相位法测距采用多个调制频率。
影响测量精度的因素包括调制频率、接收功率变化、频飘及信噪比等。
采用离焦、锁相、外差等技术 , 可以有效提高精度。
相位调制测量法电路要比脉冲调制复杂一些 , 但是减少了带宽 , 而且正弦波相位调制 ,作者简介 :李永怀 (1978- , 男 , 硕士研究生 , 从事激光与光电检测研究。
收稿日期 :2004207222; 修订日期 :2004210225可以获得大的测量视角 , 容易实现微镜扫描 , 得到结构紧凑、低成本的 3D 测量系统。
飞行时间法的分辨力比较低 , 通常在毫米级 , 其主要优点是共轴的光源和反射波光束保证不存在阴影和盲区 , 不需要图像处理 , 在大范围测量中 , 飞行时间法三维扫描是较好的方法。
为了提高测量精度 , 必须提高系统的工作频率。
带宽很大、灵敏度高、热稳定性好的电子没备使得测量装置复杂 , 成本昂贵 , 而且逐点扫描速度慢 , 无法实现实时的深度图像。
要得到三维信息 , 文献 [2], 个目标 , 信号 , , 。
2. 2 (Structured L ight结构光技术[3]是一种主动式三角测量技术 , 其基本原理是 :由激光投射器投射可控制的光点、光条或光面结构 , 光到物体表面形成特征点 , 并由 CCD 摄像机拍摄图像 , 得到特征点的投射角 , 然后根据标定出的空间方向、位置参数 , 利用三角法测量原理计算特征点与 CCD 摄像机镜头主点之间的距离 , 图 2是三角法原理示意图。
结构光方法具有计算简单、体积小、价格低、便于安装和维护的特点 , 在实际三维测量系统中被广泛使用 , 但是测量精度受物理光学的限制[4], 存在遮挡问题 , 测量精度与速度相互矛盾 , 难以同时得到提高。
图 2三角法原理2. 2. 1光点式结构光方法激光束通过扩束聚焦系统成为发散角较小的光束入射到多面体转镜上 , 利用转镜的旋转实现激光束在被测物面垂直与水平两个方向上的扫描 , 完成对整个三维轮廓表面的测量。
光点式三角法依靠逐点扫描获得整个物体的三维形状 , 图像摄取时间和图像处理量随被测物面的增大而急剧增加 , 难以完成实时检测 ; 而且机械扫描机构增加了系统的复杂性与不稳定性 ; 测量精度依测量范围而不同 , 从几微米到一个毫米内。
点结构光技术比较成熟 , RVSI 提供了采样速率 5MHz/s, 2. 25μm 分辨率的 3D 测量系统 ; 而 L M I 有三十几种产品满足不同的测量范围和精度。
2. 2. 2。
3D 测量系统 , 但是视场不大 , 通常为 20°~30°; 对外界光的抗干扰能力差。
采用双光源 [5]、双目视等冗余测量方法[6]可以减少测量“ 盲区” ; 通过降低散斑噪声的影响[7]提高分辨力。
2. 2. 3光面式结构光法将二维结构光图案投射到被测物体表面上 , 无需进行扫描即可完成三维轮廓的测量 , 测量速度大大加快。
根据投射方式和图案的不同 , 面结构光技术分为重复图案投射法和图案编码投射法。
重复图案法是将多光条、色带、网格等图案投射到物体表面 , 常用的是多线和正弦光条。
为了提高分辨力 , 必须减小光条或网格间距 , 但是条纹图案识别变得困难 , 投射图案与图像图案间的匹配是问题的关键。
图案编码分为空间编码和时间编码两种。
空间编码法只需一次投射就可获得景物深度图像 , 适合于动态测量 , 但目前分辨力和处理速度上还不能满足三维视觉检测的要求 , 而且编码图案易受景物表面特性不同而产生的模糊点影响 , 发生译码错误 , 无法判断出光线的投射角。
时间编码需要将多次不同的投射编码图案序列组合起来进行解码 , 二进制编码是较常用的方法。
时间编码法的解码错误大为减少 , 但要求投射空间位置保持不变 , 而且需要多次投射 , 难以实时。
此外还有一些其他的编码原理如反相位线性光栅编码、等腰三角齿编码[8]。
面结构光技术无需机械扫描机构 , 液晶显示器(LCD 、数字微镜器件 (DMD 等空间光调制器 [9]的发展 , 很容易实现二维面结构光的投射 , 从而可实现快速的全场测量。
但目前投射器件分辨力比较低 , 不易实现高精度的测量。
441激光与红外第 35卷2. 3相位测量法[10](Phase Measure ment 投影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。
图 3是相位测量法的典型光路图。
根据相位检测方法的不同 , 主要有莫尔轮廓术、移相法、变换法。
图 3相位法原理2. 3. 1莫尔轮廓术基本原理是用一块基准光栅来检测被测轮廓面调制的像栅 , 由观测到的莫尔图样绘出等高线进而推断出物体的表面轮廓。
根据布局的不同又可分为照射莫尔和阴影莫尔。
莫尔轮廓术利用等高线来解调高度信息的方法 , 丢失了符号信息 , 而且只能测量整数级相位 , 现代测量中使用很少。
扫描莫尔法是投影莫尔法的变形 , 利用计算机生成的虚拟栅像和变形栅像迭加成莫尔等高线。
由于虚拟栅像在程序的控制下容易实现移相和移频 , 移相解决了传统莫尔法只能测量整数级相位的缺点 , 提高了测量精度。
扫描莫尔法具有全场测量、装置简单、视场范围大等特点 , 而且只用一幅图解调相位 , 适合动态测量 , 它在检测光滑表面时非常有效 , 但受表面倾斜度、多义性间隔和阴影的限制 ,而且物体表面反射率的变化严重干扰条纹边缘信息 , 使测量精度降低。
2. 3. 2移相法可分为时域移相和空域移相。
时域移相测量技术将投影到物体表面的光栅条纹移动 , 用得到图像进行相位解调。
时域移相法的计算量少 , 灵敏度高 , 但是精确移动光栅的需要增加了系统的复杂性与不稳定性。
时域移相法需要至少三幅在时间轴上的相移条纹图 , 因此不适用于动态测量。
移相法是这些轮廓测量法中最有效、最可靠的一种 , 已经实现了商品化。
空域相移法是采用两个窗函数直接卷积原条纹图 , 从而产生多幅相移条纹图 , 并用时间相移法公式计算相位 , 只需要一幅条纹图解调相位 , 但要求载波频率很高 , 且背景、 , 否则将。
, 和对应的 2. 3常见的方法包括傅里叶变换、小波变换。
傅氏变换[11]轮廓测量法利用数字滤波技术 , 将频率较高的载波和频率较低的面形分离出来 , 然后进行反变换 , 得到包含高度信息的相位。
傅氏变换轮廓测量法用一幅图得到相位值 , 数字滤波技术可以消除高次谐波的影响 , 但是计算量大 , 使用 FFT 产生的泄漏、混频、栅栏效应产生误差 ; 数字滤波器需要不断试错才能得到正确的参数。
小波变换[12]。
傅立叶变换对曲面可测梯度极限有要求 , 同时对复杂形面检测效果很不理想。
利用小波变换对原始图像进行多级小波分解 , 将原始图像和被测物体背景图像相减后再对图像进行频域处理。
由于直流分量被抑制 , 容易提取载波频率成分 , 提高了可测梯度 , 改善了解相的精度稳定性 , 使频域解相技术在实际应用中取得更好的效果 , 扩大了应用范围。
相位测量法目前的困难[8]主要有两点 :投影系统和叠相还原。
为了产生投影条纹 , 用两个相干波前产生的干涉条纹作为投影机构。
这些方法要求良好的机械稳定性以及精确的机械移动机构 , 干涉条纹易受大气扰动的影响。
LCD 、 DMD 等已成为流行的大有前途的自适应投影器件 , 但目前分辨力较低 , 不容易实现高精度测量。
实现相位还原目前有两种方法。
一是用不同条件下记录的多幅相位图实现叠相还原的时域叠相还原技术 , 如文献 [13]使用高低两种频率光栅场实现了去包裹 ; 文献 [14]用小数重合法设计投影频率 , 最终计算出绝对相位值。
这种方法需要记录多幅图样 , 难以实时。