光学三维测量技术
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
展示三维景像，模拟未知环境和模型）； 2、文物保护 （三维彩色数字化技术能以不损伤物体的手段，获 得文物的三维信息和表面色彩、纹理，便于长期保存、
再现）等诸多领域。
23-21
4
总结
光学三维信息获取技术有多种，每种方法各有其产生
背景和适用范围，各有优缺点。随着现代计算机技术的
飞速进步，计算机图形图像处理、辅助设计、多媒体技 术越来越广泛深入地应用于工业、国防、医学、影视业、 广告等各个领域，人们经常需要能迅速地获得物体表面 的三维信息，将其转变成计算机能直接处理的数据。如
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 确的诊断和制定正确的手术方案。
这种测量方法测量精度高，但测量范围受到光波 波长的限制，只能测量围观表面的形貌和微小位移， 不适于宏观物体的检测。
23-10
2
测量原理
3、三角测量法： 光学三角法是最常用的一种光学三维测量技术，
以传统的三角测量为基础，通过待测点相对于光学基
准线偏移产生的角度变化计算该点的深度信息。根据
具体照明方式的不同，光学三角法可分为两大类：被 动三角法和基于结构光的主动三角法。
23-11
2
测量原理
基于三角测量原理的三维测量技术 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
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
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。
23-03
1
概述
接触式测量
物体三维形状测量
物体三维接触式测量的典型 代表是三坐标测量机(CMM， Coordinate Measuring Machine)。
非接触式测量 非接触式三维测量不需要与待测 物体接触，可以远距离非破坏性 地对待测物体进行测量。
23-15
3
应用
23-16
3
应用
条纹投影的三维成像系统实例
23-17
3
应用
2、三维人体测量：
三维人体测量是以光学测 量为基础，使用视觉设备来捕 获物体外形，然后通过系统软 件来提取扫描数据。其工作流 程分为以下四个步骤：1)通过 机械运动的光源照射扫描物体； 2)CCD摄像头探测来自被扫描 物体的反射图像；3)通过反射 图像计算人体表面特定点到摄 像头的距离；4)通过软件系统 转换距离数据产生三维图像。
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
23-14
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。
23-04
1
概述
图 ： 三 坐 标 测 量 机
23-05
1
1
概述
接触式测量
优势 灵活性强 精度高且可靠 测量方便 非接触式测量 微波技术 非接触式测量 光波技术 超声波技术 三角法 干涉法 飞行时间法
23-06
物体三维形状测量
1
概述
适合于大尺度三维测 量，爱里斑半径较大， 角度分辨率低。 光波波长短，角度分 辨率和深度分辨率高， 三维测量运用最多。 可穿透介质实现无损 检测探伤，但需耦合 介质，限制了用范围。
23-19
3
应用
3、医学图像三维表面重建： 光学三维测量还广泛用于研究面部软组织形态和 对称性，比较牙齿的差异，以及外科、骨科用于脊柱 及侧凸的检测，假牙假肢的量身定做。如图：
生物医学成像实例
23-20
3
应用
除此之外，光学三维测量技术还可以用于 1、虚拟现实
（提供虚拟现实系统所需要的大量三维模型数据，
光学三维测量技术郗珍妹来自物研1306班 13126003
23-01
1
2 3 4
概述
测量原理 应用 总结
23-02
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、
飞行时间法以对信号检测的时间 分辨率来换取距离测量精度，测 飞行时间法 量系统必须要有极高的时间分辨 率，常用于大尺度远距离的测量。
23-08
2
测量原理
1、飞行时间法：
23-09
2
测量原理
2、干涉法： 一束相干光，同过分光系统分成测量光和参考光，
利用测量光波和参考光波的相干叠加来确定两束光之
间的相位差，从而获得物理表面的深度信息ΔZ(xy).
微波技术
非接触式测量
光波技术
超声波技术
23-07
1
概述
三角法
最常用的光学三维测量技术，以 传统的三角测量为基础，通过待 测点相对于光学基准线偏移产生 的角度变化计算该点的深度信息。 测量精度高，但测量范围受到 光波波长的限制，只能测量微 观表面的形貌和微小位移，不 适于大尺度物体的检测。
光波技术
干涉法
何将现实世界的立体彩色信息输入计算机的问题是光学
三维测量技术的研究重点，无论何时，基于计算机视觉 的三维信息获取技术将显示其不可替代的重要作用。
23-22
谢谢！
青 衣
23-23
再现）等诸多领域。
23-21
4
总结
光学三维信息获取技术有多种，每种方法各有其产生
背景和适用范围，各有优缺点。随着现代计算机技术的
飞速进步，计算机图形图像处理、辅助设计、多媒体技 术越来越广泛深入地应用于工业、国防、医学、影视业、 广告等各个领域，人们经常需要能迅速地获得物体表面 的三维信息，将其转变成计算机能直接处理的数据。如
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 确的诊断和制定正确的手术方案。
这种测量方法测量精度高，但测量范围受到光波 波长的限制，只能测量围观表面的形貌和微小位移， 不适于宏观物体的检测。
23-10
2
测量原理
3、三角测量法： 光学三角法是最常用的一种光学三维测量技术，
以传统的三角测量为基础，通过待测点相对于光学基
准线偏移产生的角度变化计算该点的深度信息。根据
具体照明方式的不同，光学三角法可分为两大类：被 动三角法和基于结构光的主动三角法。
23-11
2
测量原理
基于三角测量原理的三维测量技术 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
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
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。
23-03
1
概述
接触式测量
物体三维形状测量
物体三维接触式测量的典型 代表是三坐标测量机(CMM， Coordinate Measuring Machine)。
非接触式测量 非接触式三维测量不需要与待测 物体接触，可以远距离非破坏性 地对待测物体进行测量。
23-15
3
应用
23-16
3
应用
条纹投影的三维成像系统实例
23-17
3
应用
2、三维人体测量：
三维人体测量是以光学测 量为基础，使用视觉设备来捕 获物体外形，然后通过系统软 件来提取扫描数据。其工作流 程分为以下四个步骤：1)通过 机械运动的光源照射扫描物体； 2)CCD摄像头探测来自被扫描 物体的反射图像；3)通过反射 图像计算人体表面特定点到摄 像头的距离；4)通过软件系统 转换距离数据产生三维图像。
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
23-14
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。
23-04
1
概述
图 ： 三 坐 标 测 量 机
23-05
1
1
概述
接触式测量
优势 灵活性强 精度高且可靠 测量方便 非接触式测量 微波技术 非接触式测量 光波技术 超声波技术 三角法 干涉法 飞行时间法
23-06
物体三维形状测量
1
概述
适合于大尺度三维测 量，爱里斑半径较大， 角度分辨率低。 光波波长短，角度分 辨率和深度分辨率高， 三维测量运用最多。 可穿透介质实现无损 检测探伤，但需耦合 介质，限制了用范围。
23-19
3
应用
3、医学图像三维表面重建： 光学三维测量还广泛用于研究面部软组织形态和 对称性，比较牙齿的差异，以及外科、骨科用于脊柱 及侧凸的检测，假牙假肢的量身定做。如图：
生物医学成像实例
23-20
3
应用
除此之外，光学三维测量技术还可以用于 1、虚拟现实
（提供虚拟现实系统所需要的大量三维模型数据，
光学三维测量技术郗珍妹来自物研1306班 13126003
23-01
1
2 3 4
概述
测量原理 应用 总结
23-02
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、
飞行时间法以对信号检测的时间 分辨率来换取距离测量精度，测 飞行时间法 量系统必须要有极高的时间分辨 率，常用于大尺度远距离的测量。
23-08
2
测量原理
1、飞行时间法：
23-09
2
测量原理
2、干涉法： 一束相干光，同过分光系统分成测量光和参考光，
利用测量光波和参考光波的相干叠加来确定两束光之
间的相位差，从而获得物理表面的深度信息ΔZ(xy).
微波技术
非接触式测量
光波技术
超声波技术
23-07
1
概述
三角法
最常用的光学三维测量技术，以 传统的三角测量为基础，通过待 测点相对于光学基准线偏移产生 的角度变化计算该点的深度信息。 测量精度高，但测量范围受到 光波波长的限制，只能测量微 观表面的形貌和微小位移，不 适于大尺度物体的检测。
光波技术
干涉法
何将现实世界的立体彩色信息输入计算机的问题是光学
三维测量技术的研究重点，无论何时，基于计算机视觉 的三维信息获取技术将显示其不可替代的重要作用。
23-22
谢谢！
青 衣
23-23