激光测量技术第五章激光视觉三维测量技术
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x ax ' b sin x 'cos
斜射式
x ax 'cos 1 b sin(1 2 ) x 'cos(1 2 )
散射光 同一点 低 低 大 小
反射光或者散射光, 信号好 不同点(可能有误差) 较高 高 小 大
2006年3月6日星期一
第一节 激光三角法测量原理
应用: 航空航大、生物医疗、物体识别、工业自动检测 视觉检测(Vision Inspection)技术:
在计算机视觉理论基础上发展起来的, 利用光学成像特性,应用 测量领域. 特点: 非接触、速度快、精度适中、可实现在线,全场 应用: 工业产品的在线检测。
2006年3月6日星期一
引言
视觉检测技术分类: 按照明方式和几何结构关系的不同可以划分:
H L’ L f L L’
2006年3月6日星期一
第一节 激光三角法测量原理
激光三角法的结构: 1. 直射式 2. 斜射式 1. 直射式
X ' b A 'A " a OA " X ' b x sin a x cos ax ' x b sin x 'cos
2006年3月6日星期一
一、摄像机理想透视变换模型
三维测量: 三维空间坐标←→二维图像坐标 P=g(H)
P 为空间坐标 为变换矩阵 H为图像坐标 g
Oc P(xw,yw,zw) xw Ow zw zc y w 像平面 Pu(xu,yu) Po(xo,yo) x O y f 光学中心 yc Xc
u Pd(u,v) v O(u0,v0) 帧存体
2006年3月6日星期一
激光三角位移传感器应用
应用于: 厚度, 变形, 形貌, 位移等, 缺点: 点扫描,速度慢
2006年3月6日星期一
第二节 激光视觉测量的基本原理
激光视觉检测技术:
利用激光做光源来获取结构光的主动视觉
检测 激光视觉传感器: 由结构光和CCD摄像机组成的测量装置. 结构光的类型: 结构光 点 线 多线
P(xw,yw,zw) xw Ow zw zc y w 像平面 Pu(xu,yu) Po(xo,yo) x O
传感器 点结构光传感器
产生
Laser
线结构光传感器 多线结构光传感器
Laser
2006年3月6日星期一
Laser
第二节 激光视觉测量的基本原理
激光视觉传感器的主要结构:
表面区域 传 感 器
光切线 背测表面 传 感 器
被测小孔 传 感 器 多线结构光
激光点
点结构光传感器
线结构光传感器
多线结构光传感器
2006年3月6日星期一
工作原理
P O S F P’
成像特点： 像的大小，由透镜的焦距， 物体的远近决定 像的方向，与物体的方向相反。 1. 若已知像的大小， 和透镜到成像面的距离， 则物体的最高点的位置 为某一条直线上（过光学中心） 2. 若采用主动视觉技术， 照射光源的方向（线， 面，多面的方程） 已知）， 可连立方程，求出实际的物体的位置大小 视觉传感器的核心： 其数学模型 即 ： CCD像面坐标与测量参考坐标之间的关系
根据三角法测量原理制成的仪器被称为激光三角位移传感器. 其结构组成: 一般采用半导体激光器(LD)作光源，功率在5mw左右 光电位置探测器对采用PSD或CCD, PSD为非分割型位置探测器，分 辨力高，动态响应快，后续处理电路简单，但线性差，需要精确 标定
2006年3月6日星期一
传感器的形状及主要特性
主动视觉检测 结构光, 结构光在物体上的准确定位获取 (Active Vision) 信息 被动视觉检测 非结构光, 不同像面上的相关匹配关系 (passive Vision)
激光视觉检测技术:
利用激光做光源来获取结构光的主动视觉检测
2006年3月6日星期一
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ一节 激光三角法测量原理
激光三角法是激光视觉检测技术的基础 其原理: 数学基础: 空间某一平面上的两条直线的方程已知, 非平行时, 交点可以求出.
变换过程: ① 物空间坐标 → 摄像机坐标 ② 摄像机坐标→CCD像面坐标 ③ CCD像面坐标→计算机图像坐标 (像素点位置)
P S
S” O P” F F
S’ P’
2006年3月6日星期一
①物空间坐标 → 摄像机坐标
x c x w y R c y w z z c w T
2006年3月6日星期一
F
S’
数学模型的建立
分类： 1)完全利用投影变换理论，通过无任何物理意义的中间参 数，将图像坐标系与测量参考坐标系联系起来。 2)通过具有明确物理意义的几何结构参数，如光学中心、 焦距、位置以及方向等，建立图像坐标系与测量参考坐标 系的关系：这类方法的模型参数一般分为摄像机内部参数 和传感器结构参数两部分，摄像机内部参数指摄像机内部 的几何和光学特性，传感器结构参数指图像坐标系相对于 测量参考坐标系的位置参数
2006年3月6日星期一
X’ Laser b PD
O
A” A’
θ
a Len2 x
Len1
2. 斜射式
根据几何光学成像特点:
X’ Laser Len1 b a θ2 Len2 O
A” A’
X ' b A 'A " a OA " X ' b OA 'sin(1 2 ) a OA 'cos(1 2 ) ax ' b sin(1 2 ) x 'cos(1 2 )
PD
θ1
OA '
ax 'cos 1 x OA 'cos 1 b sin(1 2 ) x 'cos(1 2 )
2006年3月6日星期一
x
直射式与斜射式比较
项目 测量公式 接收的光 测量位置 分辨率 精度/测量 范围/体积 直射式
第五章 激光视觉三维测量 技术
2006年3月6日星期一
引言
眼睛是信息的重要途径: 获取信息90%以上 获取信息主要有:
1. 2. 3. 4. 颜色 大小 远近 明暗程度
几何光学中的测量
H
L L f
几何光学的透镜成像系统
2006年3月6日星期一
引言
随计算机技术与CCD技术的发展出现:
计算机视觉(Computer Vision) 又称机器视觉(Machine Vision)
斜射式
x ax 'cos 1 b sin(1 2 ) x 'cos(1 2 )
散射光 同一点 低 低 大 小
反射光或者散射光, 信号好 不同点(可能有误差) 较高 高 小 大
2006年3月6日星期一
第一节 激光三角法测量原理
应用: 航空航大、生物医疗、物体识别、工业自动检测 视觉检测(Vision Inspection)技术:
在计算机视觉理论基础上发展起来的, 利用光学成像特性,应用 测量领域. 特点: 非接触、速度快、精度适中、可实现在线,全场 应用: 工业产品的在线检测。
2006年3月6日星期一
引言
视觉检测技术分类: 按照明方式和几何结构关系的不同可以划分:
H L’ L f L L’
2006年3月6日星期一
第一节 激光三角法测量原理
激光三角法的结构: 1. 直射式 2. 斜射式 1. 直射式
X ' b A 'A " a OA " X ' b x sin a x cos ax ' x b sin x 'cos
2006年3月6日星期一
一、摄像机理想透视变换模型
三维测量: 三维空间坐标←→二维图像坐标 P=g(H)
P 为空间坐标 为变换矩阵 H为图像坐标 g
Oc P(xw,yw,zw) xw Ow zw zc y w 像平面 Pu(xu,yu) Po(xo,yo) x O y f 光学中心 yc Xc
u Pd(u,v) v O(u0,v0) 帧存体
2006年3月6日星期一
激光三角位移传感器应用
应用于: 厚度, 变形, 形貌, 位移等, 缺点: 点扫描,速度慢
2006年3月6日星期一
第二节 激光视觉测量的基本原理
激光视觉检测技术:
利用激光做光源来获取结构光的主动视觉
检测 激光视觉传感器: 由结构光和CCD摄像机组成的测量装置. 结构光的类型: 结构光 点 线 多线
P(xw,yw,zw) xw Ow zw zc y w 像平面 Pu(xu,yu) Po(xo,yo) x O
传感器 点结构光传感器
产生
Laser
线结构光传感器 多线结构光传感器
Laser
2006年3月6日星期一
Laser
第二节 激光视觉测量的基本原理
激光视觉传感器的主要结构:
表面区域 传 感 器
光切线 背测表面 传 感 器
被测小孔 传 感 器 多线结构光
激光点
点结构光传感器
线结构光传感器
多线结构光传感器
2006年3月6日星期一
工作原理
P O S F P’
成像特点： 像的大小，由透镜的焦距， 物体的远近决定 像的方向，与物体的方向相反。 1. 若已知像的大小， 和透镜到成像面的距离， 则物体的最高点的位置 为某一条直线上（过光学中心） 2. 若采用主动视觉技术， 照射光源的方向（线， 面，多面的方程） 已知）， 可连立方程，求出实际的物体的位置大小 视觉传感器的核心： 其数学模型 即 ： CCD像面坐标与测量参考坐标之间的关系
根据三角法测量原理制成的仪器被称为激光三角位移传感器. 其结构组成: 一般采用半导体激光器(LD)作光源，功率在5mw左右 光电位置探测器对采用PSD或CCD, PSD为非分割型位置探测器，分 辨力高，动态响应快，后续处理电路简单，但线性差，需要精确 标定
2006年3月6日星期一
传感器的形状及主要特性
主动视觉检测 结构光, 结构光在物体上的准确定位获取 (Active Vision) 信息 被动视觉检测 非结构光, 不同像面上的相关匹配关系 (passive Vision)
激光视觉检测技术:
利用激光做光源来获取结构光的主动视觉检测
2006年3月6日星期一
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ一节 激光三角法测量原理
激光三角法是激光视觉检测技术的基础 其原理: 数学基础: 空间某一平面上的两条直线的方程已知, 非平行时, 交点可以求出.
变换过程: ① 物空间坐标 → 摄像机坐标 ② 摄像机坐标→CCD像面坐标 ③ CCD像面坐标→计算机图像坐标 (像素点位置)
P S
S” O P” F F
S’ P’
2006年3月6日星期一
①物空间坐标 → 摄像机坐标
x c x w y R c y w z z c w T
2006年3月6日星期一
F
S’
数学模型的建立
分类： 1)完全利用投影变换理论，通过无任何物理意义的中间参 数，将图像坐标系与测量参考坐标系联系起来。 2)通过具有明确物理意义的几何结构参数，如光学中心、 焦距、位置以及方向等，建立图像坐标系与测量参考坐标 系的关系：这类方法的模型参数一般分为摄像机内部参数 和传感器结构参数两部分，摄像机内部参数指摄像机内部 的几何和光学特性，传感器结构参数指图像坐标系相对于 测量参考坐标系的位置参数
2006年3月6日星期一
X’ Laser b PD
O
A” A’
θ
a Len2 x
Len1
2. 斜射式
根据几何光学成像特点:
X’ Laser Len1 b a θ2 Len2 O
A” A’
X ' b A 'A " a OA " X ' b OA 'sin(1 2 ) a OA 'cos(1 2 ) ax ' b sin(1 2 ) x 'cos(1 2 )
PD
θ1
OA '
ax 'cos 1 x OA 'cos 1 b sin(1 2 ) x 'cos(1 2 )
2006年3月6日星期一
x
直射式与斜射式比较
项目 测量公式 接收的光 测量位置 分辨率 精度/测量 范围/体积 直射式
第五章 激光视觉三维测量 技术
2006年3月6日星期一
引言
眼睛是信息的重要途径: 获取信息90%以上 获取信息主要有:
1. 2. 3. 4. 颜色 大小 远近 明暗程度
几何光学中的测量
H
L L f
几何光学的透镜成像系统
2006年3月6日星期一
引言
随计算机技术与CCD技术的发展出现:
计算机视觉(Computer Vision) 又称机器视觉(Machine Vision)