關于光學三維測量第1頁，講稿共20頁，2023年5月2日，星期三光學三維測量

三維測量技術大體分為接觸式與非接觸式兩類接觸式測量基本上在坐標測量機(CoordinateMeasuringMachine，CMM)上進行。坐標測量機是一種大型精密的三坐標測量儀器，可以對具有復雜形狀的工件的空間尺寸進行測量。非接觸式測量技術基于光學原理，具有高效率、無破壞性、工作距離大等特點，可以對物體進行靜態或動態的測量。此類技術應用在產品質量檢測和工藝控制中，可大大節約生產成本，縮短產品的研制周期，大大提高產品的質量，因而倍受人們的青睞。第2頁，講稿共20頁，2023年5月2日，星期三光學三維測量

光學測量是光電技術與機械測量結合的一門研究。光學測量主要應用在現代工業檢測。借用計算機技術，可以實現快速，準確的測量。方便記錄，存儲，打印，查詢等等功能。第3頁，講稿共20頁，2023年5月2日，星期三光學三維測量

隨著現代檢測技術的進步，三維測量技術逐步成為人們的研究重點，特別是隨著激光技術、計算機技術以及圖像處理技術等高新技術的發展，使得光學式三維測量技術得到廣泛的應用。第4頁，講稿共20頁，2023年5月2日，星期三光學非接觸式三維測量技術光學式非接觸式三維測量技術根據獲取三維信息的基本方法可分為兩大類：被動式與主動式兩大類。被動式是在自然光(包括室內可控照明光)條件下，通過攝像機等光學傳感器攝取的二維灰度圖像獲取物體的三維信息。主動式是利用特殊的受控光源(稱為主動光源)照射被測物，根據主動光源的已知結構信息（幾何的、物體的、光學的)獲取景物的三維信息。第5頁，講稿共20頁，2023年5月2日，星期三光柵投影三維測量技術光柵投影三維測量技術是一種主動式非接觸三維測量技術。光柵投影三維測量技術以現代光學為基礎，融光電子學、圖像圖形處理、計算機控制、機器視覺等技術為一體，在工業生產控制與檢測、機器人視覺、空間遙感、醫學診斷以及社會安全等諸多領域具有廣泛的應用前景。它的基本原理是用計算機產生正弦投影條紋，經數字投影儀投射到物體表面，條紋經物體表面調制產生變形，用CCD攝像機將變形條紋拍攝下來，再利用計算機進行相位場提取、相位恢復，得到絕對相位值，最后經系統標定、坐標變換可得物體表面的三維數據。

第6頁，講稿共20頁，2023年5月2日，星期三光柵投影三維測量技術第7頁，講稿共20頁，2023年5月2日，星期三光柵投影三維測量技術攝像機和光柵投影相關參數：光心Op和Oc

、兩光心之間的距離成像平面和投影光柵攝像機坐標、參考坐標PP，Ph第8頁，講稿共20頁，2023年5月2日，星期三光柵投影三維測量技術Ph在未放置物體時，假設由投影儀射出的一束光線投射于參考面上的Ｂ點；當放置被測物體后，該入射光線的投射點變為物面上的Ｐ點。從攝像機的角度觀察，被物面進行高度調制后，光線從原Ｂ點移至Ａ點。可理解為線段ＡＢ中帶有ＰＰ’的高度信息，只要能夠從攝像機所拍攝的圖像中解算出高度ＰＰ’，并將該過擺擴展到整個Ｘ－Ｙ平面上所有的點，即可得到高度矩陣h[x,y]第9頁，講稿共20頁，2023年5月2日，星期三光柵投影三維測量技術攝像機和光柵投影相關參數：根據相似三角形原理式中公點B到點A的位移可以通過被調制光柵圖像的相位來求得。當原參考面上的B點變為A點時，相應地，B點對應光柵條紋的相位也變為A點處的相位。位移BA包含了包含了物體表面上點Ｐ的高度信息（即ＰＰ），BA可以通過下式求得Phl-h第10頁，講稿共20頁，2023年5月2日，星期三數字光柵投影技術原理攝像機和光柵投影相關參數：Phl-h所以相位重建方法恢復絕對相位第11頁，講稿共20頁，2023年5月2日，星期三光柵投影三維測量技術軟件系統組成：第12頁，講稿共20頁，2023年5月2日，星期三

光柵投影三維測量技術存在的問題目前，仍存在以下幾個問題:1）陰影和盲區問題測量受被測物表面散射特性的限制，必須滿足“光線所及（光線能照到)和視線所及(能被觀察到)”兩個條件，對于光線不可及或視線不可及的地方，形狀測量則無法實現，出現陰影和盲區問題。

2）表面不連續問題當表面不連續時，條紋相對級次不確定，就會造成解調相位不準確。第13頁，講稿共20頁，2023年5月2日，星期三光柵投影三維測量技術存在的問題3）圖像的預處理

4）相位去包裹通過相移法求得的相位值都是折疊在-π~+π的主值區間，必須對相位進行去包裹(Phaseunwrpping)處理，正確地恢復出被折疊的2nπ才能求得真實的相位值。

5)大曲面的測量

6)系統的測量精度由于測量系統的像差效應、透鏡的畸變效應、CCD的非線性效應及圖像采集板的量化效應等，都會給相移測量法帶來很復雜的非線性系統誤差，這些因素都降低了相移測量法的測量精度。第14頁，講稿共20頁，2023年5月2日，星期三數字條紋投影三維測量技術可研究的方向一.提高光柵投影三維測量精度歐美一些國家以及日本在光學三維測量技術方面起步比較早。近年內相繼推出了不同型號的測量系統國內清華大學，上海交通大學、西安交通大學、東南大學等多所高校也在跟蹤、消化、吸收國外先進技術的基礎上,對結構光測量技術進行了系統研究。國內目前國內在光柵投影三維測量最高精度可達0.008mm，但測試視場較小在100X75mm范圍內，仍然具有進一步提升的空間。第15頁，講稿共20頁，2023年5月2日，星期三光柵投影三維測量技術可研究的方向一.提高光柵投影三維測量精度意義

1.激光掃描三維測量耗時長，精度一般

2.市面上的3D相機雖然精度高[um級]價格昂貴3.3.采用了正弦光柵投影和相移技術，能以較低廉的光學、電子和數字硬件設備為基礎，以較高的速度和精度獲取和處理大量的三維數據。第16頁，講稿共20頁，2023年5月2日，星期三光柵投影三維測量技術可研究的方向提高光柵投影三維測量精度15X15mm第17頁，講稿共20頁，2023年5月2日，星期三光柵投影三維測量技術可研究的方向二.提高光柵投影三維測量速度-實時性

2006年德國的研究人員結合幾何光學中的平行光軸系統，提出的結合三步相位移算法進行實時三維測量，測量速度高達30frame/s。2010年提出基于投影儀散焦的快速三維光學測量方法，實現了速度達到667frame/s的非在線測量,2010K.L提出基于雙頻光柵的快速實時三維測量，實時測量120frame/s在軍工、安防、電子行業產品檢測具有重要的應用價值第18頁，講稿共20頁，2023年5月2日，星期三光柵投影三維測量技術可研究的方向三.解決數字條紋投影三維測量技術存在的問題

1.陰影和盲區問