光学三维测量

光栅投影三维测量技术
光栅投影三维测量技术
摄像机和光栅投影相关参数：
P 光心Op和 Oc 、两光心之间的距离 成像平面和投影光栅 摄像机坐标、参考坐标 PP，
h
光栅投影三维测量技术
在未放置物体时，假设由投影仪
射出的一束光线投射于参考面上
的Ｂ点；当放置被测物体后，该
入射光线的投射点变为物面上的 P
Ｐ点。从摄像机的角度观察，被
物面进行高度调制后，光线从原
Ｂ点移至Ａ点。可理解为线段Ａ
Ｂ中带有ＰＰ’的高度信息，只
要能够从摄像机所拍摄的图像中
解算出高度ＰＰ’，并将该过摆
扩展到整个Ｘ－Ｙ平面上所有的
点，即可得到高度矩阵h[x,y]
h
A B
光栅投影三维测量技术
摄像机和光栅投影相关参数：
根据相似三角形原理 h BA lh d P
由于测量系统的像差效应、透镜的畸变效应、CCD的非线性 效应及图像采集板的量化效应等，都会给相移测量法带来很复杂 的非线性系统误差，这些因素都降低了相移测量法的测量精度。
数字条纹投影三维测量技术可研究的方向
一. 提高光栅投影三维测量精度
欧 美 一 些 国 家 以 及 日 本 在 光 学 三 维 测 量 技 术 方 面起 步 比 较 早。近年内相继推出了不同型号的测量系统
h BA
lh d
P
BA=0 x, y / 2
x, y A B
l. x, y 所以 h x, y＋2 d / 0
相位重建方法恢复绝对相位

l-h h
光栅投影三维测量技术
软件系统组成：
光栅投影三维测量技术存在的问题
目前，仍存在以下几个问题: 1）阴影和盲区问题 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。
一. 提高光栅投影三维测量精度
意义 1. 激光扫描三维测量耗时长，精度一般 2. 市面上的3D相机虽然精度高[um级]价格昂贵
3. 采用了正弦光栅投影和相移技术，能以较低廉的光学、电子和数字硬件设备 为3.基础，以较高的速度和精度获取和处理大量的三维数据。
光栅投影三维测量技术可研究的方向
提高光栅投影三维测量精度 15X15mm
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。
2010 K.L 提出基于双频光栅的快速实时三维测量，实时测量120frame/s
在军工、安防、电子行业产品检测具有重要的应用价值
光栅投影三维测量技术
光栅投影三维测量技术是一种主动式非接触三维测量技术。 光栅投影三维测量技术以现代光学为基础，融光电子学、图像图形处理、 计算机控制、机器视觉等技术为一体，在工业生产控制与检测、机器人 视觉、空间遥感、医学诊断以及社会安全等诸多领域具有广泛的应用前 景。
它的基本原理是用计算机产生正弦投影条纹，经数字投影仪投射到物体 表面，条纹经物体表面调制产生变形，用CCD摄像机将变形条纹拍摄下 来，再利用计算机进行相位场提取、相位恢复，得到绝对相位值，最后 经系统标定、坐标变换可得物体表面的三维数据。
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。
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。
光栅投影三维测量技术可研究的方向
二. 提高光栅投影三维测量速度-实时性
2006年德国的研究人员结合几何光学中的平行光轴系统，提出的结合 三步相位移算法进行实时三维测量，测量速度高达30frame/s。
2010年提出基于投影仪散焦的快速三维光学测量方法，实现了速度达到 667frame/s的非在线测量,
光学三维测量
光学测量是光电技术与机械测量结合的一 门研究。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
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。
式中公点B到点A的位移可以通过被调 制光栅图像的相位来求得。当原参考
面上的B点变为A点时，相应地，B点
对应光栅条纹的相位 B也变为A点处 的相位 A 。位移BA包含了包含了
物体表面上点Ｐ的高度信息（即ＰＰ
），BA可以通过下式求得

l-h
A
h
A B
数字光栅投影技术原理
摄像机和光栅投影相关参数：
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。
光栅投影三维测量技术存在的问题
3）图像的预处理 4）相位去包裹Biblioteka Baidu
通过相移法求得的相位值都是折叠在-π~ +π的主值区间，必 须对相位进行去包裹(Phase unwrpping)处理，正确地恢复出被 折叠的2nπ才能求得真实的相位值。 5) 大曲面的测量 6 )系统的测量精度
国内清华大学，上海交通大学、西安交通大学、 东南大学等多 所高校也在跟踪、消化、吸收国外先进技术的基础上,对结构光 测量技术进行了系统研究。 国内目前国内在光栅投影三维测量 最高精度可达0.008mm，但测试视场较小在100X75mm范围内， 仍然具有进一步提升的空间。
光栅投影三维测量技术可研究的方向