基于结构光的微小物体三维测量系统的设计及应用
结构光三维定位
结构光三维定位
结构光三维定位是一种通过结构光技术实现的三维定位方法。
它利用结构光器件（例如激光、LED等）发射出的光束，经
过场景物体反射或散射后，通过相机或其他传感器捕捉到的图像信息，计算出物体在三维空间中的位置和姿态。
结构光三维定位的基本原理是利用投影的结构光在目标物体上产生一组规律的条纹或图案，通过观察这些条纹或图案在物体表面的扭曲或形变，可以获取目标物体的三维信息。
常用的结构光三维定位技术包括三角测量法、相位测量法和多视图几何法等。
在结构光三维定位中，需要进行标定和配准的工作，以确保图像和实际物体的对应关系。
标定过程通常包括摄像机标定、投影器标定和相机-投影器坐标系对齐等。
配准过程则是将采集
到的图像与已知的模型进行匹配，通过解算得到物体在三维空间中的位置和姿态。
结构光三维定位广泛应用于工业自动化、机器人导航、虚拟现实、医疗影像、安全监控等领域。
它具有测量速度快、精度高、非接触等优点，能够实时获取物体的三维信息，为许多应用提供了重要的技术支持。
结构光三维测量系统精度分析及验证
结构光三维测量系统精度分析及验证范生宏;刘昌儒;亓晓彤;曹冬雨;张丽华;吴亚军;王孟【摘要】文中建立了结构光测量系统数学模型，并分析了结构光测量精度的影响因素。
同时在结构光光条图像处理中改进了原有方法，使用了一种新的快速光条中心提取算法。
文章通过设计标准板进行了精度检测实验，分析了系统对标准宽度和深度的测量精度。
实验结果表明，该测量方法对深度的检测精度优于0.2 mm，对宽度的检测精度优于0.3 mm，可以满足亚毫米级微小变形检测的精度要求，是一种有效的微小变形检测和三维测量方法。
%The mathematical model of structure light measurement system is established, and the factors influencing the measurement accuracy are analyzed. At the same time, a fast new light strip center edge extraction algorithm is used in the image processing method, which improves the extraction accuracy distinctly. The accuracy testing experiments are designed and analyzed by standard plate. The experimental results show that the measurement accuracy of this method is better than that of 0.2mm and 0.3mm, and reached in the detection depth and width on the regular groove, which can fully meet the requirements of sub-millimeter small deformation detection accuracy. It is an effective detection method.【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】5页(P52-56)【关键词】结构光;微小变形;标定;精度分析;验证【作者】范生宏;刘昌儒;亓晓彤;曹冬雨;张丽华;吴亚军;王孟【作者单位】中国矿业大学北京地球科学与测绘工程学院，北京 100083;中国矿业大学北京地球科学与测绘工程学院，北京 100083;中国地质大学北京土地科学与技术学院，北京 100083;北京控制工程研究所，北京 100190;北京控制工程研究所，北京 100190;中国矿业大学北京地球科学与测绘工程学院，北京100083;中国矿业大学北京地球科学与测绘工程学院，北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TP391现代工业制造已经得到了飞速发展，同时对工业精密测量技术提出了新的要求。
线结构光测量原理
线结构光测量原理线结构光测量原理是一种广泛应用于工业领域的光学测量技术，通过利用光学干涉原理和数字图像处理技术，实现对物体表面形貌和位移的高精度测量。
本文将从原理、应用和优势三个方面介绍线结构光测量技术。
我们来了解线结构光测量的原理。
线结构光测量是一种非接触式的三维测量技术，它通过投射一系列平行的光线或光点到被测物体表面，利用被测物体表面的形变来获取物体的三维形貌信息。
在测量过程中，通过相机捕捉被测物体表面的光条纹或光点图案，再通过数字图像处理技术提取出光条纹或光点的位置信息，从而实现对物体表面形貌和位移的测量。
线结构光测量技术在各个领域都有广泛的应用。
在工业制造领域，线结构光测量技术可以用于产品的三维检测和质量控制，例如汽车车身表面的测量、机械零件的尺寸检测等。
在医学领域，线结构光测量技术可以用于牙齿的三维扫描和数字化重建，有助于医生制定治疗方案。
在文物保护领域，线结构光测量技术可以用于文物的三维数字化保护和修复，为文物保护工作提供重要的技术支持。
线结构光测量技术具有许多优势。
首先，线结构光测量技术是一种非接触式的测量方法，可以避免对被测物体造成损伤，适用于对表面脆弱或易变形的物体进行测量。
其次，线结构光测量技术具有高精度和高速度的特点，可以实现对物体表面形貌和位移的快速准确测量。
此外，线结构光测量技术还具有较强的抗干扰能力，可以在复杂的环境下进行测量，具有较强的适应性和稳定性。
线结构光测量技术是一种应用广泛、效果显著的光学测量技术，具有许多优势和特点，适用于工业制造、医学、文物保护等各个领域。
随着科学技术的不断发展，线结构光测量技术将在未来发挥更加重要的作用，为各个领域的发展提供更多的技术支持和解决方案。
结合线结构光立体视觉和条纹反射法的三维轮廓检测系统
结合线结构光立体视觉和条纹反射法的三维轮廓检测系统一、技术原理结合线结构光立体视觉和条纹反射法的三维轮廓检测系统主要依靠两种不同的检测原理，结合起来实现对物体三维轮廓的高精度检测。
1. 线结构光立体视觉线结构光立体视觉是一种通过投射光线来获取物体表面形状的技术。
系统通过投射特定结构的光线，照射到待测物体表面，然后通过摄像头捕捉到物体表面反射的结构光，并利用图像处理算法进行三维形状的重建。
这种技术具有高精度、不受环境光影响等优点，因此在工业生产中得到了广泛应用。
2. 条纹反射法条纹反射法是一种利用光斑和光线的反射来检测物体表面的形状和轮廓的方法。
系统会在不同的角度投射光束到物体表面上，通过物体表面的反射图案来判断出物体表面的曲率和轮廓。
这种方法具有高精度和快速测量的优点，因此在一些对测量精度要求较高的领域得到了广泛应用。
二、系统优势结合线结构光立体视觉和条纹反射法的三维轮廓检测系统由于利用了两种不同的检测原理，因此具有以下几个优势：1. 高精度：两种检测原理相结合，能够大幅提高检测系统的精度，能够实现对物体表面形状的高精度测量，满足工业生产中对精度要求较高的场景。
2. 多角度测量：系统利用条纹反射法的特点，能够在不同角度对物体进行测量，从而获取更加完整和真实的物体表面形状信息，提高了测量的全面性和准确性。
3. 高效率：结合了两种高效的检测原理，因此能够实现快速的测量，提高了生产效率。
4. 抗环境光影响：线结构光立体视觉在采集图像时，对环境光影响较小，而条纹反射法可以通过判断反射图案来排除环境光的影响，因此系统具有较好的抗环境光影响能力。
1. 模具制造：在模具的设计和制造过程中，需要对模具的表面轮廓进行快速、精准的测量。
结合线结构光立体视觉和条纹反射法的三维轮廓检测系统能够满足这一需求，实现了模具表面轮廓的高精度测量。
四、未来发展趋势结合线结构光立体视觉和条纹反射法的三维轮廓检测系统在工业生产领域的应用情况已经取得了一定的成绩，但随着科技的不断发展，这种技术仍然存在一些发展的空间和趋势。
结构光成像原理
结构光成像原理
结构光成像是一种利用光学技术进行三维重建的技术，通常用于
测量对象的三维形状、尺寸和表面纹理等特征。
它的基本原理是利用
一个光源，将光线通过特殊的光栅，形成一系列空间中有规律的光斑，然后通过相机捕捉这些光斑在物体表面的投影，从中推算出物体的三
维形态。
一般来说，结构光成像系统由三个主要部分组成：一个光源、一
个光栅和一个相机。
光源主要是产生光线，可以选择激光或者LED灯。
光栅通常是一个精密的玻璃板或者薄膜，其表面有着高精度的微小凹
槽或者条纹。
光线穿过光栅时，会被散射成一系列的光斑，并呈现出
一定的规律。
这些光斑会投射在物体表面，并根据物体表面的不同形
状和深度产生不同形态的畸变。
最后，相机会捕捉这些畸变，并进行
图像处理，从而得到物体表面的三维信息。
结构光成像的优点在于测量精度高、速度快、易于操作和价格相
对较低。
它被广泛应用于许多领域，例如机器人控制、汽车工业、医
疗影像、建筑设计和虚拟现实等等。
在某些情况下，结构光成像甚至
可以用来检测微小的物体缺陷，例如表面坑洞、裂痕和腐蚀等等。
总之，结构光成像技术是一种十分有用的三维成像技术，通过光
学原理将物体的三维形态转换为数字信号，在许多领域有着广泛的应
用前景。
基于数字光栅投影的结构光三维测量技术与系统研究
基于数字光栅投影的结构光三维测量技术与系统研究一、本文概述随着计算机视觉和光电技术的快速发展，三维测量技术在许多领域，如工业制造、生物医学、文化遗产保护以及虚拟现实等，都展现出了巨大的应用潜力。
其中，基于数字光栅投影的结构光三维测量技术以其高精度、高效率、非接触性等优点，成为了研究的热点。
本文旨在深入探讨这种技术的原理、系统构成以及在实际应用中的优势和挑战，以期为相关领域的科研和工程实践提供理论支持和实践指导。
本文将详细介绍基于数字光栅投影的结构光三维测量技术的基本原理，包括数字光栅投影的原理、结构光的生成与编码、以及相机与投影仪的标定等。
文章将构建一个完整的结构光三维测量系统，包括硬件选择和配置、软件系统设计和实现等，并对系统的性能进行评估。
本文还将探讨该技术在不同应用场景下的适用性和限制，如动态物体的测量、复杂表面的处理等。
本文将总结基于数字光栅投影的结构光三维测量技术的发展趋势和前景，分析当前存在的技术瓶颈和挑战，并提出相应的解决方案。
通过本文的研究，期望能为结构光三维测量技术的进一步发展和应用提供有益的参考和启示。
二、结构光三维测量技术基础结构光三维测量技术是一种非接触式的三维重建方法，它利用结构光编码和解码的原理，通过对物体表面投射特定的光栅条纹，结合摄像机获取的图像信息，实现物体表面的三维形态重建。
结构光三维测量技术以其高精度、高效率、易操作等优点，在机器视觉、逆向工程、质量检测等领域得到了广泛的应用。
结构光三维测量技术的基本原理是将特定的光栅条纹投影到物体表面，这些条纹在物体表面形成特定的变形。
摄像机捕捉到变形后的条纹图像后，通过解码算法提取出条纹的变形信息，进而恢复出物体表面的三维形态。
其中，光栅条纹的生成和投影是结构光三维测量的关键步骤，常见的光栅条纹有正弦条纹、二值条纹等。
在结构光三维测量系统中，摄像机和投影仪是两个核心组件。
摄像机负责捕捉投影到物体表面的条纹图像，而投影仪则负责生成并投影光栅条纹。
变形测量方案
变形测量方案引言：在工程领域中，变形测量是一项重要的技术，用于评估结构和材料的变形情况。
通过准确测量和分析变形数据，工程师可以了解结构运行中的性能和健康状况。
在本文中，我们将探讨一些常用的变形测量方案，介绍其原理和实际应用。
一、光学测量方案光学测量是一种非接触式测量方法，广泛应用于工程结构、材料和器件的变形测量中。
其中，激光干涉仪是一种常见的光学测量设备。
激光干涉仪利用激光束的干涉效应，通过比较参考光和测试光的相位差，实现对物体表面的变形测量。
该技术具有高精度和高灵敏度的优势，适用于微小尺度的变形测量。
除了激光干涉仪，光栅投影仪也是一种常用的光学测量设备。
光栅投影仪利用光栅图案的变形特性，通过对图案进行形变识别来测量物体的变形。
该技术具有操作简便、测量速度快的优势，广泛应用于工程领域的实时变形监测。
二、应变测量方案应变测量是一种通过测量物体内部的变形程度来评估其力学性能的方法。
其中，电阻应变片是一种常用的应变测量设备。
电阻应变片是一种根据导电材料的电阻变化来反映应变情况的设备。
它能够精确测量材料的应变，并把其转换为电阻改变的信号。
这种技术广泛应用于机械、土木等工程领域，用于评估结构和材料的变形性能。
此外，光纤传感器也是一种常用的应变测量方案。
光纤传感器利用光纤的光纤光栅、布里渊散射等原理，通过测量光的相位差和强度变化，实现对物体应变的测量。
光纤传感器具有高精度、耐腐蚀、耐高温等特点，在工程监测和结构健康评估中有着广泛的应用。
三、影像测量方案影像测量是一种基于图像处理和计算机视觉的变形测量方法。
利用高分辨率的相机和图像处理算法，可以实现对物体变形的快速、准确测量。
影像测量可以基于散斑、灰度变化等原理，实现对物体表面形貌和变形情况的测量。
在影像测量中，数字图像相关技术是一种常用的方法。
该技术通过计算图像间的相干性和相关性，实现对物体表面形貌的测量。
此外，结构光投影也是一种常见的影像测量技术。
结构光投影通过投射特定图案的光束，并通过相机拍摄反射光的变化来测量物体的表面形貌。
面结构光三维测量的原理
面结构光三维测量的原理面结构光三维测量是一种常用的非接触式三维测量方法，可以通过投射结构光对被测物体进行三维重建。
其原理基于三角测量原理和结构光原理。
首先，我们来看三角测量原理。
三角测量是利用三角形的几何关系来测量物体的位置、距离和形状的方法。
在面结构光三维测量中，主要使用的是空间三角测量，即通过计算被测物体表面上的某一点在相机和投影仪之间形成的三角形，从而求解出该点在空间中的坐标。
其次，结构光原理也是面结构光三维测量的基础。
结构光是指将光源发出的光束经过特殊处理（例如透镜、投影仪等），在被测物体表面上形成一定的光模式。
这个光模式可以是条纹、点阵等。
当这些光模式照射到被测物体表面上时，会发生光的反射、散射和折射等现象，形成一系列特定的影像。
通过对这些影像进行分析处理，就可以得到被测物体表面上各点的三维坐标信息。
基于以上两个原理，面结构光三维测量通常可以分为三个步骤：投影、成像和三维重建。
在投影阶段，投影仪将事先计算好的结构光模式投射在被测物体表面上。
这些结构光模式可以是一组条纹、点阵或者其他形式的光模式。
在投影过程中，需要注意光源、投影仪和被测物体之间的相对位置关系，以及选用适当的光源和投影仪。
在成像阶段，使用相机对投影在被测物体表面上的结构光进行拍摄。
相机接收到被测物体上反射、散射或折射的结构光，将其转换为数字图像。
在三维重建阶段，通过对拍摄到的图像进行处理，可以恢复出被测物体表面上各点的三维坐标信息。
常用的处理方法包括相位偏移法和立体匹配法。
相位偏移法是利用结构光模式的相位信息来计算物体表面上各点的三维坐标。
结构光模式的相位信息可以通过对连续几幅图像进行相位移动来获取。
通过分析这些图像的亮度变化和相位变化，可以计算出物体表面上各点的三维坐标。
立体匹配法是将投影仪和相机之间的相对位置关系转换为立体视觉问题，通过分析图像中的纹理、颜色、边缘等特征，寻找相应的匹配点对，从而恢复出物体表面上各点的三维坐标。
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基于结构光的微小物体三维测量系统的设计及应用针对微小物体的三维轮廓测量是现代三维形貌测量的一个重要分支领域。
自从上世纪六十年代在国外被首次提出后,国内外研究学者经过几十年的不断研究和发展,与其相关的测量技术与测量设备也获得了高速发展,进入21世纪以后,其被广泛应用于缺陷检测、精密制造、虚拟现实(VR)、机器视觉、医疗工程、影音游戏、三维打印以及现代教育等众多领域。
但与国外现有的测量技术与设备相比较,国内目前还处在相对落后的局面。
因此,研制出测量精度高、测量速度快、微型化以及更加智能化的微小物体三维轮廓测量系统迫在眉睫。
根据上述情况,本文针对微小物体的三维轮廓测量从两个方向展开研究。
一方面,基于正弦光栅条纹投影和光学三角法的三维测量方法进行研究。
另一方面,着眼于以体视显微镜和双远心镜头为主体的硬件测量系统的设计与搭建。
具体研究内容如下:(1)针对微小物体的三维轮廓测量现有方法以及研究现状系统地调研。
对常规方法存在的问题进行归纳总结,明确了微小物体测量面临的困难与挑战。
本文将从硬件系统搭建以及算法实现两个方面进行研究改进。
(2)设计与搭建以体视显微镜和双远心镜头为主体的硬件测量系统。
因体视显微镜可实现物体的立体成像,可观察区域范围大;双远心镜头因分辨率高,低畸变,景深大,在成像时能最大限度还原物体的形状信息。
因此,测量系统采用体视显微镜和双远心镜头为主体结构设计并搭建了测量系统,结合基于光学三角原理的正弦光栅条纹投影三维测量方法,在经过系统标定后,能顺利获取被测物体的三维轮廓信息,测量系统的视场范围可达
1.8cm*1.6 cm。
(3)基于正弦光栅条纹投影和光学三角法的三维测量方法进行研究。
本文选用无损伤、精度高、速度快、易实现的正弦光栅条纹投影结合光学三角法对微小物体表面的三维轮廓进行测量,详细阐述了其测量原理,提出了一种基于质量图引导的相位解包裹改进算法——可靠路径跟踪算法,在满足测量精度要求下,提高了系统整体测量速度;针对系统标定,基于一般成像模型引入了摄像机标定与系统标定方法,深入阐述了摄像机标定和系统标定的方法理论,完成了测量系统的整体标定。
基于C++与MATLAB实现了相关算法。
进行了大量相关实验,验证了该测量方法的稳定性和有效性,实验结果表明
系统最高测量精度可达10μm。