三维形貌仪测量原理
三维形貌测量试验
三维形貌测量所谓三维，按大众理论来讲，是人为规定的互相交错的三个方向，用这个三维坐标，可以把整个世界任意一点的位置确定下来，这个理论在立体几何，立体测绘等有重要的应用，它可以帮助解决和简化我们在现实生活的多种问题。
所谓的三维空间是指我们所处的空间 , 三维具有立体性，可以通俗的理解为前后，左右，上下。
三维是由二维组成的，二维即只存在两个方向的交错，将一个二维和一个一维叠合在一起就得到了三维。
随着科学技术与社会生产生活的发展，在机器视觉，实物仿形，工业自动检测，地形绘制，生物医学等领域都有重要的意义和广阔的应用前景。
因此，光学三维形貌检测技术受到广大学者的重视，正成为光学信息光学的前沿研究领域与方向之一，当前，也有很多方法可以进行光学三维形貌检测。
通过理解投影光栅相位法的基本原理 ; 理解一种充分发挥计算机特长的条纹投影相位移处理技术。
实验原理相位测量轮廓术的基本原理投影光栅相位法是三维轮廓测量中的热点之一，其测量原理是光栅图样投射到被测物体表面，相位和振幅受到物面高度的调制使光栅像发生变形，通过解调可以得到包含高度信息的相位变化，最后根据三角法原理完成相位 ---高度的转换。
根据相位检测方法的不同，主要有 Moire轮廓术、Fourier变换轮廓术，相位测量轮廓术，本方法就是采用了相位测量轮廓术。
相位测量轮廓术采用正弦光栅投影相移技术。
基本原理是利用条纹投影相移技术将投影到物体上的正弦光栅依次移动一定的相位，由采集到的移相变形条纹图计算得到包含物体高度信息的相位。
基于相位测量的光学三维测量技术本质上仍然是光学三角法，但与光学三角法的轮廓术有所不同，它不直接去寻找和判断由于物体高度变动后的像点，而是通过相位测量间接地实现，由于相位信息的参与，使得这类方法与单纯基于光学三角法有很大区别。
将规则光栅图像投射到被测物表面，从另一角度可以观察到由于受物体高度的影响而引起的条纹变形。
这种变形可解释为相位和振幅均被调制的空间载波信号。
3d影像测量仪工作原理
3d影像测量仪工作原理3D影像测量仪是一种可以通过光学原理来实现物体三维空间坐标测量的仪器。
它的工作原理是通过测量物体表面各点的空间位置来构建物体的三维形态，从而实现对物体的高精度测量。
3D影像测量仪的工作原理主要依赖于三角测量原理。
它通过测量被测物体表面上的三个点的空间坐标，再通过计算这三个点之间的距离和夹角来确定被测物体的三维坐标。
这个过程需要使用到光学投影、图像采集、数据处理等技术。
在进行测量前，首先需要将被测物体放置在测量仪的工作区域内，并通过软件对测量参数进行设置。
然后，测量仪会对物体表面进行光学扫描，采集到物体表面的图像数据。
这些图像数据会被传输到计算机进行处理，通过计算机的算法来解析图像，提取出物体表面上的特征点，并将这些点的空间坐标计算出来。
3D影像测量仪的工作原理主要包括以下几个步骤：1. 光学投影。
测量仪通过发射光线将光投射到被测物体表面上，形成一个多个点的光斑，这个光斑会被摄像机捕捉到，形成一张物体表面的图像。
2. 图像采集。
测量仪通过摄像机将物体表面的图像数据采集下来，并对这些图像进行处理，提取出物体表面上的特征点。
3. 数据处理。
测量仪通过计算机对所采集到的图像数据进行处理，通过计算机的算法来解析图像，提取出物体表面上的特征点，并将这些点的空间坐标计算出来。
4. 三维重构。
测量仪通过对物体表面上的特征点进行三角测量，通过计算三个点之间的距离和夹角来确定被测物体的三维坐标。
3D影像测量仪的工作原理具有高精度、高效率、非接触式等优点。
它可以广泛应用于制造业、航空航天、汽车、医疗、建筑、地质勘探等领域。
随着科技的不断发展，3D影像测量仪的技术也在不断进步，将为我们的生活和工作带来更多的便利和发展。
美国NANOVEA公司的三维非接触式表面形貌仪
美国NANOVEA公司的三维非接触式表面形貌仪一、 产品简介美国NANOVEA公司是一家全球公认的在微纳米尺度上的光学表面轮廓测量技术的领导者，生产的三维非接触式表面形貌仪是目前国际上用在科学研究和工业领域最先进表面轮廓测量设备，采用目前国际最前端的白光轴向色差原理（性能优于白光干涉轮廓仪与激光干涉轮廓仪）对样品表面进行快速、重复性高、高分辨率的三维表面形貌、关键尺寸测量、磨损面积、磨损体积、粗糙度等参数的测量。
二、产品分类该公司的三维非接触式表面形貌仪主要有4款：JR25、PS50、ST400与HS1000（区别见技术参数）：JR25便携式三维表面轮廓仪：野外操作或不可拆卸部件的理想选择·便携式表面形貌仪·结构紧凑，性价比高·替代探针式轮廓仪和干涉式轮廓仪·应用范围广·测量范围：25mm×25mmPS50表面轮廓仪：科研单位与资金不足企业的最佳选择·性价比高·结构紧凑·替代探针式轮廓仪和干涉式轮廓仪·应用范围广·测量范围：50mm×50mmST400表面轮廓仪：·应用范围广·适合大样品的测试·测量范围：150mm×150mm·360O旋转工作台·带彩色摄像机（测量前可自动识别特征区域）HS1000表面轮廓仪：·适用于高速超快自动测量场合·超高的扫描速度（可达1m/s，数据采集频率可达31KHz，最高可达324KHz）·能保证超高平整度和稳定性（花岗石平台）三、测量原理简介：Nanovea 公司的三维非接触式表面形貌测量仪采用的是国际最前端的白光轴向色差技术技术实现先进的高分辨率的三维图像扫描与表面形貌测量。
•利用白光点光源，光线经过透镜后产生色差，不同波长的光分开后入射到被测样品上。
• 位于白光光源的对称位置上的超灵敏探测器系统用来接收经被测样品漫反射后的光。
光学测量三维形貌的综述汇总
光学测量三维形貌的综述摘要。
我们首先对使用各种光学方法对三维形貌的测量进行了概述。
然后，我们着重介绍结构光技术，以及结构光技术的各种光学配置，图像采集技术，数据后处理和分析方法以及此技术的优势和局限性。
并展示了一些工业应用的例子。
对需要进一步研发的重要领域进行了讨论。
文章最后，对有关三维形貌测量的参考文献做了总结，虽然并不旨在完全详细的。
2000年光照片仪表工程师学会。
关键词：三维形貌测量，坐标测量，光学方法，综述。
1999年7月12日接收论文；1999年8月23日接收修订稿；1999年8月23日准许出版。
1 引言在工业上，对精确测量物体的三维形貌测量有需求，以加速产品的开发和保证制造质量。
三维形貌测量的应用包括智能机器人的控制，车辆引导的障碍物检测，模具开发的尺寸测量，冲压面板的几何检查，应力/应变以及振动的精确测量。
此外，自动在线检测与识别的问题可以转换成三维塑造对象的测量，例如车身面板油漆缺陷和凹痕检查。
近来，随着计算机技术的发展，再加上数码影像设备，电光元件，激光等光源设备的发展，现在三维形貌测量中的一些技术已经被成功地商业化。
对于一个小规模的深度或形貌，使用共焦显微镜或者其他三维显微镜可以达到微米甚至纳米级精度的测量。
然而，关键是相对准确性或测量深度的一部分。
这对大尺寸的形貌测量形成一个真正的挑战。
例如，0.5米深度的测量如何才是准确的？此外，对于大尺寸的深度和形貌测定，通常需要更多的摄像机和照相机的位置来获得多个形貌从而最终拼合整体的大形貌。
这就引出了如何高精度拼接这些形貌以及进行局部和全局坐标转换。
这随后产生另一个要解决的问题，即克服镜头畸变和像差。
三位形貌测量后的数据必须与计算机辅助工程（CAE）模型进行比对。
本文对使用各种光学方法的三维形貌的测量进行了概述。
然后，着重于结构光测量系统，来测量较大尺寸和360度的形貌。
然后，概述了各个细节方面，如绝对相位测量，结构光光源，图像采集传感器，摄像头模型和标定，随后讨论了全局和局部坐标转换方法。
物体的三维形貌测量
存在的问题 (1)必须采用精密的相移装置，这将引起整个系统造 价的上升，相移产生的误差将导致系统误差。 (2)这一方法要求相移的次数N>2，图像采集量大， 采样时间长。对于那些具有速度要求的应用，不可能 采集到足够的图像。
光栅投影三维形貌测量
总结 优缺点 对比度高，只需要采集1幅或2幅图就可以得出物 体形貌的相位图，易于动态处理，但形貌的测量 精确度依赖投影栅线的空间频率，对微形貌的测 量灵敏度不高。 发展方向 微小结构测量及动态测量 360度全景三维物体形貌重建 探索更多的应用
域得到一个复数的条纹场分布，这样通过复数运算即可得出条纹场的
相位值。
优缺点
优点：傅立叶变化法只需要一幅或二幅条纹图就可得求出物体各点的
相位值，测量精度高，测量范围广。 缺点：使用于处理载波条纹或单调变化的条纹，因而在实际应用中受 到一定的限制。
相移形貌测量法
Modulation Measurement Profilometry 原理 控制光栅以 为增量沿 栅线垂直的方向相移，N 次相移投影栅线，可获取 N帧相移条纹图，采集并 处理这N帧条纹图，即可 得出物体形貌。 优势 空间分辨率很高，可以处 理边界之类的问题。算法 简单、处理速度快，测量 精确度高
（Fourier Transform Profilometry）
原理： 待测物体不存在时，删线 直接投射到参考平面，通过 CCD采集得到平直且间距相 等的条纹图。 放上待测物体后，投影 删线发生变形，原来照射到B 点的删线照射在物体的A点， 并经过CCD在参考平面的D 点成像，即B变形到D点， BD称为删线的扭曲量。
物体的三维形貌测量容
STM的原理和应用
STM的原理和应用STM（Scanning Tunneling Microscope），扫描隧道显微镜，是一种利用量子力学原理研究物质表面性质的高分辨率成像仪器。
STM的工作原理基于电子的量子隧穿效应，通过探针与样品表面之间的隧穿电流来获取样品表面的拓扑信息，从而实现纳米级别的三维成像。
STM的应用非常广泛，在物理学、化学、生物学等领域都有重要的研究价值。
STM的工作原理可简述为：在STM中，有一个微细的金属探针（Tip）和样品表面之间保持非常近的距离（通常为纳米级别）。
当给定一个小的电压差（通常为几毫伏到几电压之间）时，形成的隧穿电流会随着两个不同位置之间的距离变化而变化。
通过控制探针位置，可以测量电流的变化，并映射到样品表面的形貌上。
通过扫描探针的位置，可以得到样品表面的拓扑信息。
STM的成功应用离不开以下几个关键技术：1.原子力探测：STM使用了一个非常锋利尖端的金属探针，可以感知样品表面的原子力，从而获得样品表面的拓扑信息。
这种技术在纳米尺度下非常有效，可以得到非常高分辨率的图像。
2.量子隧穿效应：在STM中，探针和样品表面之间形成的微小隧穿电流是基于量子力学的隧穿效应。
这种效应使得STM可以在非常小的尺度下进行高分辨率成像，并且可以探测到样品表面的微观结构和性质。
3.负反馈控制：为了保持探针和样品表面的距离保持稳定，STM使用了负反馈控制系统。
这个系统会根据探针和样品表面之间的隧穿电流的变化来调整探针的位置，使得电流保持在一个恒定的水平，从而得到稳定的成像结果。
STM在科学研究中有着广泛的应用，包括以下几个方面：1.表面科学研究：STM可以实现对材料表面结构的高分辨率成像，并且可以通过控制探针的位置来控制表面结构。
这为理解材料的表面性质和表面反应过程提供了重要的手段。
2.纳米技术研究：STM可以进行纳米级别的成像和加工，可以用于纳米材料的制备、纳米器件的设计和纳米材料的研究等方面。
它在纳米技术研究中发挥了重要作用。
三维面形测量系统的基本原理
三维面型测量细棒的直径一、实验目的（1）了解三维面型测量的基本原理和方法，熟悉傅立叶变换剖面术的方法，（2）通过对物体的三维面形的重建，掌握三维目标的识别、位置形状分析及origin75的使用方法。
（3）能够根据携带有三维面形信息的观察光场中解调得出三维面形数据。
（4）掌握利用三维传感非接触测量的基本方法。
二、三维面型的测量原理光学三维传感在机器视觉、自动加工、工业在线检测、实物仿形、生物医学等领域，具有重要意义和广阔应用前景。
获取物体三维信息的基本方法可以分为两大类：被动三维传感和主动三维传感。
被动三维传感采用非结构照明方式，从一个或多个观察系统获取的二维图像中确定第三维（距离维）信息，形成三维面型数据。
从一个观察系统获取的二维图像中确定距离维时，人们必须依赖对于物体形态、光照条件等的先验知识。
从两个或多个观察系统获取的不同视觉方向的二维图像中，通过相关或匹配等运算可以重建物体的三维面形，但这种方法要求大量的数据运算，而且，当被测物体上各点的反射率没有明显差异时这种计算变得更加困难。
因此，被动三维传感的方法常常用于对三维目标的识别、理解以及位置形状分析。
一种更适合于计算目的的三维传感方法是主动三维传感。
主动三维传感采用结构照明方式，由于三维面形对结构光场的空间或时间调制，可以从携带有三维面形信息的观察光场中解调得出三维面形数据。
由于这种方法具有较高的测量精度，作为一种三维面貌计量手段已经得到广泛的应用。
三维面形自动测量仪是基于上述研究的计算机辅助三维测量设备，设计新颖，技术先进，配有丰富的软件，可对各种复杂面形的工业零件、叶轮、叶片，实物模型进行高速度、高精度面形自动测量，广泛用于实物仿形,工业检测，机器视觉，产品质量控制，三维信息存贮，三维数字全息，影视特技，三维动画等众多领域。
系统软件在 Windows 平台上运行，具有中文菜单，操作十分方便。
三维面形测量仪已在国内推广使用，并已出口到美国。
3d轮廓仪原理
3d轮廓仪原理
3D轮廓仪是一种常用于非接触式检测的三维形貌测量设备，原理是基于光线三角测量原理和相位移位原理。
它主要由投影仪，相机和相应的软件组成。
其中，投影仪会将白光分成多束并投射在待测物体表面上，形成一个具有编码条纹的图像。
而相机则用于收集被测物体上形成的这些编码条纹。
当物体有微小的形变或移动时，编码条纹发生相对位移。
根据相位移位原理，从编码条纹的位移量可以计算出物体表面像素点处的高度信息，进而得到待测物体的三维表面数据。
这样，通过全方位拍摄待测物体，就可以获得该物体在三维空间中的完整轮廓，并生成对应的三维模型。
特别需要注意的是，由于编码条纹的形成是基于光学原理，因此在非黑暗环境下可能会受到环境光和反射光的影响，导致测量误差或数据失真。
因此，在使用3D轮廓仪时需要尽可能地避免这些外界光干扰。
- 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)。
三维形貌仪测量原理
三维形貌仪是一种用于测量物体表面形貌的仪器。
它基于光学原理，通过记录光线在物体表面的反射或散射来获取物体的三维形状信息。
三维形貌仪的测量原理主要包括以下几个步骤：
1. 光源发射：三维形貌仪通过发射光源（如激光或白光）照射在物体表面，光源发射出的光线传播到物体表面。
2. 光线反射/散射：光线照射到物体表面后，根据物体表面的
性质，光线可能会有反射或散射现象。
其中，反射光线的方向与入射光线的方向相对称，散射光线的方向则随机分布。
3. 光线收集：三维形貌仪通过相机或其他光学探测器收集物体表面反射或散射的光线。
收集到的光线会通过光学系统进入成像系统。
4. 成像：收集到的光线经过光学系统的聚焦和成像处理，最终形成物体表面的图像。
成像系统可以利用单一的相机或多个相机进行成像。
5. 图像分析：通过对物体表面图像进行分析处理，可以得到物体表面的三维形貌信息。
常用的分析方法包括三角剖分法、相位测量法、结构光法等。
通过以上测量原理，三维形貌仪可以实现对物体表面的高精度、非接触式的三维形貌测量。
它在工业、制造、科学研究等领域中广泛应用，可用于表面质量检测、产品设计、模具制造、雕刻等方面。