镜面反射物体光学三维测量技术研究
镜面反射面形光学三维测量技术综述
文章编号:1005-5630(2005)02-0090-06镜面反射面形光学三维测量技术综述X陶 涛,郭红卫,何海涛(上海大学精密机械工程系,上海200072) 摘要:讨论了用于测量镜面反射物体三维面形的各种光学技术。
这些技术分为被动式测量和主动式测量两大类。
被动式测量包括基于光度学的测量技术和基于镜面反射成分恢复面形技术。
主动式测量主要是采用结构光技术测量镜面物体。
同漫反射物体的三维测量技术相比,现有镜面物体三维测量技术的发展还不成熟,其技术研究已严重滞后于其需求的快速增长。
文章可为深入研究镜面反射物体的三维测量技术提供有益的参考。
关键词:三维面形测量;镜面反射;漫反射;主动测量;被动测量中图分类号:T N247 文献标识码:AOverview of optical three -dimensional measurement technique for specular reflection surfacesTA O Tao ,GUO H ong -w ei ,H E H ai -tao(Depart ment of P recisio n M echanical Engineer ing ,Shanghai U niver sity ,Shanghai 200072,China ) Abstract :In this paper ,different kinds of optical m ethods used fo r three -dimensional (3-D )shape measurement of specular reflectio n objects are discussed .They can be classified into tw o gro ups :passive measurement m ethods and active measurement m ethods.The fo rmer includes the methods base on photom etric and shape fr om specularity.T he latter makes use o f the structur ed light pared to those for diffuse reflection objects,the existing 3-D measurem ent techniques fo r specular objects are not ripe and fall behind the urgent need .This article pro vides beneficial references for research and development of 3-D measurement metho ds for specular reflection o bjects .Key words :three-dimensional shape m easur em ent;specular reflection;diffuse reflection;active measurement;passiv e measurement1 引 言上个世纪70年代以来,光学三维测量技术以其高精度、高效率和非接触性的优点在高速检测,产品开发、质量控制、反求工程、CAD/CAM 等领域得到广泛的应用和发展[1]。
光学三维测量技术
1 概述
物体三维形状测量
接触式测量
物体三维接触式测量得典型 代表就是三坐标测量机 (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。
23-04
1 概述
1:
图
三 坐 标 测 量 机
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 断提供可靠得、完整得信息,因此,人体组织与器官 得三维成像技术在现代临床医学中起着越来越重 要得作用、
医生可以将重构出得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得性质及其周 围组织得三维结构关系,从而帮助医生做出准确得 诊断与制定正确得手术方案。
这种测量方法测量精度高,但测量范围受到光波 波长得限制,只能测量围观表面得形貌与微小位移,不适 于宏观物体得检测。
23-10
2 测量原理
3、三角测量法: 光学三角法就是最常用得一种光学三维测量技术,
以传统得三角测量为基础,通过待测点相对于光学基准 线偏移产生得角度变化计算该点得深度信息。根据具 体照明方式得不同,光学三角法可分为两大类:被动三角 法与基于结构光得主动三角法。
23-05
1 概述
物体三维形状测量
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
三角法
非接触式测量Байду номын сангаас
光波技术
干涉法
超声波技术 飞行时间法
23-06
1 概述
非接触式测量
微波技术
适合于大尺度三维测 量，爱里斑半径较大， 角度分辨率低。
三维光学测试系统应用技术研究
三维光学测试系统应用技术研究引言随着科技的不断发展，三维光学测试系统应用技术已经逐渐成为了工业生产和科学研究领域中不可或缺的重要技术之一。
三维光学测试系统可以对物体的形状、尺寸、表面粗糙度等进行高精度的测试和测量，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备、医疗器械等领域。
本文将对三维光学测试系统的应用技术研究进行探讨，以期能够更好地了解和应用这一重要的技术。
一、三维光学测试系统的原理和技术特点三维光学测试系统是一种利用光学原理和相关技术进行三维空间测量的系统。
其原理是通过测量相机接收到的物体表面光线的轨迹和数量，进而计算出物体表面的形状、尺寸和表面粗糙度等相关信息。
三维光学测试系统的技术特点主要包括以下几个方面：1. 高精度：三维光学测试系统具有高精度的优势，可以实现微米甚至纳米级别的测量精度，适用于对高精度要求的物体进行测量。
2. 非接触性：与传统的测量方法相比，三维光学测试系统采用非接触式测量，不会对被测物体造成损伤，且适用于对表面有特殊形状或脆弱物体进行测量。
3. 高效性：三维光学测试系统具有高效的特点，可以实现对大尺寸物体的快速测量和数据处理，提高生产效率。
二、三维光学测试系统的应用领域三维光学测试系统已经被广泛应用于众多领域，包括航空航天、汽车制造、电子设备、医疗器械等。
具体应用如下：1. 航空航天领域：在航空航天领域，三维光学测试系统可以应用于对飞机零部件的尺寸、形状和表面质量进行检测，确保零部件符合设计要求，提高飞行安全性。
2. 汽车制造领域：在汽车制造领域，三维光学测试系统可以用于汽车车身和零部件的尺寸和形状检测，还可以用于汽车外观质量检测，提高汽车质量和外观。
3. 电子设备领域：在电子设备领域，三维光学测试系统可以用于电子元件的尺寸和形状检测，还可以用于半导体芯片的制造和检测，确保电子设备的性能和质量。
4. 医疗器械领域：在医疗器械领域，三维光学测试系统可以用于医疗器械的尺寸和形状检测，确保医疗器械的安全性和有效性。
光学测量技术在三维重建中的应用研究
光学测量技术在三维重建中的应用研究一、绪论三维重建是近年来发展起来的一种新兴技术，它将物体的三维信息转化为数字化的计算机模型，以便更好地进行分析、设计和仿真等工作。
为了达到更高的精度和效率，光学测量技术作为一种新的非接触式测量手段被广泛应用于三维重建中。
本文将对光学测量技术在三维重建中的应用进行研究与分析。
二、光学测量技术概述光学测量技术是以光学原理为基础，通过检测光学信号，获取物体表面形态和位置信息的技术。
根据不同的测量目的和要求，光学测量技术可以分为多种形式，如激光测量、相位测量、投影式测量等。
其中，相位测量技术是一种基于干涉原理的测量方法，可以实现高精度的三维形态测量。
三、光学测量技术在三维重建中的应用1. 光栅投影式三维重建光栅投影是一种以干涉技术为基础的三维重建方法，其基本原理是将光栅模式投射到被测物体表面，透过反射或透射后重新投射到检测器上进行信号检测。
通过对光学信号的分析和处理，可以获得被测物体表面的三维信息。
光栅投影式三维重建具有非接触式、高精度、自动化程度高等特点，已广泛应用于工业检测、医学影像等领域。
2. 激光测量式三维重建激光测量技术是一种基于光电信号的三维测量方法，可以通过控制光源的位置和方向，获取被测物体表面的点云信息。
激光测量式三维重建具有高测量速度、高精度、可实现全自动化测量等优点，已被广泛应用于汽车制造、航空航天、机器人等领域。
3. 相位测量式三维重建相位测量式三维重建是一种以干涉技术为基础的非接触式三维测量方法，其主要原理是对被测物体表面的光场进行干涉分析，通过对光学相位的计算和处理，获得被测物体表面的三维形态信息。
相位测量式三维重建具有高精度、高灵敏度、可快速测量等特点，已被广泛应用于微细加工、生物医学等领域。
四、光学测量技术在三维重建中存在的问题及解决方法1. 环境干扰在实际应用中，光学测量技术受到环境因素的影响，如温度、湿度、气流等，会对测量精度和准确度产生不利影响。
浅谈光学三维测量技术
浅谈光学三维测量技术光学三维测量属于非接触式光学面形测量方法，能快速准确测量出物体的表面形状，被广泛地应用在机械、电影等领域。
文章概述了光学三维测量技术的分类，介绍了几种常见的光学测量技术及其在各个领域的应用。
标签：光学三维测量；三维激光扫描；面结构光光学三维测量是指运用光学方法获取物体表面的三维立体坐标的技术。
光学三维测量利用现代光学技术成就，结合光电子学、计算机图像处理等学科成就发展起来的一种先进测量技术。
1 光学三维测量的分类图1 光学三维测量技术分类图光学三维测量技术按测量原理可以分为摄影测量方法、结构光技术和光学干涉方法。
摄影测量法是基于多视角的非主动式测量方法。
在普通照明（阳光、日光灯）情况下，由摄像头获取多视角物体图像，利用计算机查找多幅图像的同态标记点，进而获得物体的表面形貌。
结构光技术通过不同宽度且明暗相间的结构光照射被测物体表面，获取到的经物体调制的图像，再经过计算获取物体的立体形貌信息。
光学干涉法是利用干涉原理进行测量，具有高精度、高分辨率等优点。
以下介绍几种常见的光学三维测量方法。
图2 三维激光扫描工作原理图三维激光扫描技术根据光学三角形测量原理，以激光作为光源，光电探测器接收反射光，通过对采集到数据进行计算得到物体的深度信息。
三维激光扫描仪包括发射器和接收器。
发射器射出一束脉冲激光，激光经过物体表面漫反射，沿相同路线射入接收器。
由脉冲激光发射到反射被接收的时间tL可计算出扫描点到扫描仪的距离值S。
扫描仪内精密测量系统获取每个激光脉冲的水平方向角α和垂直方向角度β。
依据上述数据计算出扫描点的三维空间坐标（XP、YP、ZP）[1]。
双目视觉技术属于摄影测量方法，是通过视差原理被动测量三维数据的技术。
双目视觉技术测量物体三维形貌的原理是，从两个或以上的视角去观察一个物体，获得多张不同视角下物体的二维图片，根据三角测量原理得出同一个像素点的坐标偏差，以此获得测量物体的三维形态。
三维光学测试系统应用技术研究
三维光学测试系统应用技术研究一、三维光学测试系统的原理和特点三维光学测试系统是通过光学镜头对被测物体进行扫描和成像，利用光学测量原理来获取被测物体的三维形貌和表面特征的一种测试技术。
与传统的接触式测量系统相比，三维光学测试系统具有以下的特点：1. 高分辨率：三维光学测试系统可以实现微米甚至纳米级的分辨率，能够捕捉到被测物体表面的微小细节和变化。
2. 高精度：由于采用了非接触式测量的方式，能够避免传统接触式测量系统中由接触误差引起的测量误差，具有更高的精度。
3. 多功能性：三维光学测试系统可以对不同形状和材质的物体进行测试，能够适用于多种复杂的测量场景。
4. 高效率：采用了自动化的扫描和成像技术，可以快速获取被测物体的三维形貌和表面特征，提高了测试效率。
5. 无接触式测量：避免了传统接触式测量中可能对被测物体造成的损伤，保护了被测物体的完整性。
二、三维光学测试系统的应用领域1. 航空航天领域：在航空航天领域，对于航空器件和发动机等部件的表面质量和形状精度要求非常高，三维光学测试系统可以帮助工程师对这些部件进行高精度的三维形貌和表面特征的测量。
2. 汽车制造领域：在汽车制造领域，对于汽车外观造型和零部件的精度要求也很高，三维光学测试系统可以帮助汽车制造商对汽车外观和零部件进行精确的测量和检验。
3. 电子器件领域：在电子器件领域，对于微型电子元件和电路板的制造和质量控制同样需要高精度的测试系统，三维光学测试系统可以帮助电子行业提高产品的质量和生产效率。
4. 医疗器械领域：在医疗器械领域，对于医疗器械的外形和表面特征的控制也非常严格，三维光学测试系统可以帮助医疗器械制造商对产品进行精确的质量检验。
5. 其他领域：除了上述几个领域之外，三维光学测试系统还可以应用于船舶制造、建筑工程、文物保护、地质勘探等各种领域的测试和检测工作。
三、三维光学测试系统的应用技术1. 光学测量方法：三维光学测试系统主要采用了相位测量和结构光投影两种主要的光学测量方法。
基于光学技术的三维检测与测量
基于光学技术的三维检测与测量随着科学技术的不断发展，人们对于实物的量测和检测需求也越来越高。
而传统的二维量测方法已经不能满足现代人的需求，更加精准和快速的三维量测方法因此应运而生。
其中基于光学技术的三维检测与测量技术非常的受人们的青睐，因其非接触测量、高精度、高速度等特点而得到广泛的应用。
一、光学三维检测技术光学三维检测技术是一种通过发射光源，在观测区域内接收返回的光线，利用光学的原理，进行三维形状和尺寸量测的检测技术。
光学三维检测具有接触面积小、高精度、高速度等显著特点，是应用相机成像、投影等技术实现的。
目前，光学三维检测技术主要包括结构光法、激光三角测量法、视觉测量法及数字全息术等。
二、结构光法结构光法依托于光源对被测物体表面投射光图案进行三维检测。
利用由投影器投射的光栅或随机图案，位于另一固定位置的相机采集对应图案，根据成像图案的偏移量，便可推断出相机与目标投影面之间的距离。
从而可以计算出被测物体的三维测量结果。
结构光法可以实现高速度测量，准确度比较高，同时也可以适用于很多不规则物体的量测，因此受到了广泛的关注和应用。
例如除了常规工业制造过程中的三维量测外，近年来，也引入半导体厂所使用的牛顿环对象检测以及胶合板打孔定位等方面，成功取得了应用。
三、激光三角测量法激光三角测量法，顾名思义，就是利用激光进行三角测量，常用于高精度测量。
其原理就是三角形中，若知道了两条边的长度和其夹角，那么就可以计算出第三条边的长度。
利用此原理，我们可以将激光光束投射到被测物体表面，观测光线在表面上反射的位置，计算反射位置与投射位置之间的夹角，再与激光光线和被测物体表面法线（直接垂直于表面的一条线）之间的夹角，即可得出被测物体所在空间的位置坐标。
一旦给定了空间坐标的数据，就可以得到被测物体的三维形状和尺寸测量结果。
四、视觉测量法视觉测量法简单来说，就是利用飞行时间被称为“TOF“的技术（利用飞行时间计算距离），测定距离来获得物体测量数据。
基于条纹反射的镜面物体三维形貌测量方法研究
基于条纹反射的镜面物体三维形貌测量方法研究基于结构光的光学三维测量技术以其高精度、高效率和非接触性的优点在高速检测、产品开发、质量控制、反向工程等领域得到了广泛的应用。
随着现代制造业的飞速发展,对于许多精密零件、器件的质量检测要求会越来越高。
虽然光学三维测量技术在漫反射物体的测量方面已经相当成熟,但是对于类镜面或镜面的测量仍然是一个难点。
因此镜面三维方法测量研究具有很深远的意义。
传统的镜面测量方法中,采用正弦条纹作为投影条纹,由于显示器的非线性影响,降低了条纹质量。
本文采用三角波条纹作为投影条纹,通过空气系统的离焦作用,来获得正弦条纹。
CCD相机接收由于镜面物体反射调制的变形条纹,将采集到的条纹图像进行解调和相位解包裹来获得镜面物体的绝对相位,通过直接建立高度和绝对相位之间的数学模型,来恢复镜面物体的三维形貌。
本文研究内容和工作主要包含以下几个方面:1.分析三角波条纹离焦原理,对比三角波条纹和标准正弦条纹作为投影条纹CCD相机获得条纹的正弦性,三角波条纹离焦能够滤除幅值较小的高次谐波,滤除环境中存在的高频噪声,获得更好的条纹质量,减小LCD显示器非线性对测量的误差的影响。
2.分析了相位展开算法,研究介绍了三频相位展开法和三频外差相位展开法,为了提取较高精度的相位值,本文采用三频外差结合反向相位误差补偿的方法来展开相位,为恢复镜面物体三维形貌得到有效的保证。
3.基于一种新的数学模型原理,搭建了一套新的测量系统,提出了一种改进的基于条纹反射的镜面物体测量方法,本方法采用三角波条纹代替正弦条纹投影,通过空气离焦系统的离焦作用,得到比较标准的正弦条纹图像,获得精度较高的相位信息,然后对系统进行CCD相机标定、系统参数标定,来恢复镜面物体的三维形貌信息。
4.通过搭建的测量系统,进行了对于一个凹面镜和一个平面镜的测量实验,恢复了两个镜面物体的三维形貌。
凹面镜的测量高度误差为0.0174mm,实验结果表明了该测量方法的有效性和鲁棒性。
- 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)。
中腰分类号：ＴＮ２４７密缀：单悦代号：ｌＬ９０３々ｅ：０２７２０４６４上海大学＠／；ｌｉｔ硕士学位论文ＳＨＡＮＧＨＡｌＵＮＩＶＥＲＳｌＴＹＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＨＥＳＩＳ题｛镜面反射物体光学三维测日量技术研究作看陶蓬学科专业精密仪器及机械导师竖堑里完成日期２００５．０６第一章：概述１．１课题的研究意义“镜面反射物体光学三维测量技术研究（Ｒｅｓｅａｒｃｈ（）ｎＯｐｔｉｃａｌＴｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒＳｐｅｃｕｌａｒＯｂｊｅｃｔｓ）”试图以光学方岳为手段，实现镜面反射物体（ＳｐｅｃｕｌａｒＯｂｊｅｃｔｓ）三维面形的快速测量与重建。
１９７０年代以来，光学三维测量技术以其高精度、高效率和非接触性（Ｎｏｎ—Ｃｏｎｔａｃｔ）的优点，已经在工业及民用领域得到广泛的应用和发展¨１２ｌ。
首先，在工业领域，光学三维测量技术的作用是为先进制造业服务，担负起保证产品质量和提高生产效率的重任。
特别是在航天航空工业、汽车制造业中，其应用可贯穿于从产品开发到制造，以及质量控制的整个生产过程；具体如在ｃＡＤ／ｃＡＭ／ｃＡＥ（计算机辅助设计／制造／工程）中替代接触式测量，用于构建逆向工程（ＲｅｖｅｒｓｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）系统，为产品开发和仿真加工制造提供一一种理想的设计手段。
其次，在非工业领域亦有广阔的市场空间，比如①在多媒体技术及虚拟现实技术Ｉ３Ｉ中的应用、②在医疗诊断｜４】及人类学Ｉ５Ｉ中的应用等等。
但是，现有光学三维测量主流技术及其设备主要针对的是漫反射物体（ＤｅｆｕｓｅｄＯｂｊｅｃｔｓ）的三维测量，而难以有效地测量镜面物体。
而在实际应用中，大量被测物体的表面性质为镜面反射。
特别是在工业领域，镜面反射物体更是占有较大比重。
例如，抛光模具等精加工零部件、某些表面涂镀零件（如喷镀汽车覆盖件）、某些玻璃及塑料制品以及印刷线路板的焊点等，其表图１－１工业中常见的镜面反射物体（ａ）喷镀车身（ｂ）印刷线路板的焊点（ｃ）抛光模具（ｄ）精加Ｔ零部件面性质均为镜面反射。
图１．１是工程中常见的镜面反射物体。
目前，对于这类零件的三维检测一般采用两种办法：其一，呆用传统的坐标测量机（ＣＭＭ）等接触式测量设备，速度很慢；其二，喷涂其表面，改变其反射特性为漫反射后用光学方法测量【１１，这种方法削弱了光学测量方法的非接触优点。
事实上，镜面物体的光学三维测量技术研究已严重滞后于需求的快速增氏，对其研究具有重要的科学技术价值。
从实用性的角度，该技术研究来源自２２程中的实际需求，其成果必然具有良好的应用前景；从技术角度，其意义在于镜面反射物体的光学三维测量已经成为工程测量领域中一个亟待解决的技术难题，对其开展研究，有助于丰富光学三维测量领域中的知识成果，从而拓宽光学三维测量技术的应用领域。
表面方向，该力法的关键是由图像的光强等高线分布估计反射模型参数，利Ｊ］ｉ这些参数与物面方向之间存在的映射关系求解物体的表面方向。
该方法适合测量面形简单的镜面物体。
在获得物面方向分布信息后，从己知深度的物图１－４光度立体法原理图（ａ）．光度立体学空间布置（ｂ）．不同光照下的物体表面亮度分布面一一点开始，对局部表面法矢求积分就可以得到同一目标其他点的深度值。
光度立体法和从图像明暗恢复面形技术都需要关于物体表面性质、光源位置等先验知识，因此实用性受到很大的限制。
１．３．１．２从镜面反射成分恢复面形测量镜面物体时往往会出现高光（Ｈｉｇｈｌｉｇｈｔ）等特殊的视觉和物理特征，这些特征统称为镜面反射成分¨６｛（Ｓｅｃｕｌａ．ｒｉｔｙ）。
已有不少学者利用镜面反射成分的特性重建镜面物体的三维面形。
结构化高光技术（ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｄＨｉｇｈｌｉｇｈｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）是针对高光分析的一种技术，该方法的基本原理是采用空问方位已知的多点光源照明，由位置固定的摄像机采集带有高光的图像。
通过光源的顺序照明，获得高光点和光源之间的对应关系。
由光源方向和摄像机方向计算出镜面物体的物面方向。
多点光源照明可以保证获取整个镜面物体的面形信息，如Ｎａｙａｒ等｜１７’１８Ｉ采用了１２７点光源。
这一技术主要被用于检测印刷线路板焊点的特征，难以得到精细的三维重建结果。
另外，有一些学者提出从运动高光恢复镜面物体面形（ＳｈａｐｅｆｒｏｍＭｏｖｉｎｇＨｉｇｈｌｉｇｈｔｓ）。
该技术的关键是辩识镜面反射成分。
当视点移动时，纹理等特征相对于其所在物面是静止的。
与之不同，高光将随着视点的移动而在镜面物体表面移动。
由于摄像机的空间位置一般很难精确控制，一般让摄像机固定，而控制待测物体平动和旋转。
Ｚｈｅｎｇ等ｌ１９，２０Ｉ将被测物体放在转台上使其旋转，连续采集不同时刻的图像记录物体的运动信息。
通过分析多幅图像中高光点的总体运动规律可以定性区分镜面物体的面形形状。
利用高光点的运动轨迹，通过微分方程和线性方程组的求解可以直接获取物体面形。
光的偏振分析也是实现镜面物体三维重建的重要手段。
光线发生镜面反射后将发生偏振。
反射光线通过方向不同的偏振镜后的强度是变化的，而且光湿是偏振镜角度的正弦分布１２…。
Ｕｍｅｙａｍａ等｜２１１通过ＩＣＡ（ＩｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔＣｏｍｐｏｎｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓ）算法可以精确的分辨出镜面反射和漫反射成分。
而Ｍｃｇｕｍｉ等【２２｜只需找出正弦光强分布的最大值和最小值，来计算偏振强度【ｄｅｇｒｅｅｏｆｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）。
而由光线的入射角与偏振强度问的映射关系可以方便的计算出光线入射角，从而得到物体的表面法矢信息。
１．３．２主动式测量主动式测量是指测量系统向待测物面发射能量，然后接受其反射而实现测量；其中，结构光技术是一种应用较为灵活的技术。
根据所采用的光源形式、该类技术主要包括点结构的激光扫描技术，线结构的光带扫描技术，全场方式的面结构光技术。
根据面结构光的编码方式的不同又可分为图案编码和相位编码，后者一般称为条纹投射技术。
１．３．２．１激光扫描技术激光以其高亮度和具有良好方向性的特点常被用于物体的三维测量。
针对镜面物体，Ｒｙｏ和Ｃｈｏ｜２川采用了图１．５所示的测量装置。
该装置采用了激光作为扫描光源，通过电流计扫描部件精确控制出射光线的方向，对目标物体进行逐点扫描。
光线经物面反射后由抛物面镜会聚到分布于抛物面镜中心柱面上的图像传感器阵列上，会聚光线的方向由图像传感器测量。
由会聚光线方向和已知的入射光线方向，通过复杂的空间关系计算物面上每一点的法线方向，再由数值积分运算获取物面分布。
该装置原理简单，入射光线和反射光线的对应关系清晰。
但测量系统一次只能测量一个物面点的法线方向，测量的效率较低。
图１－５激光扫描技术的装置示意图图Ｉ－６激光测距仪的光路原理图１．３．２．２光带扫描技术传统的激光测距仪可以有效的用于测量漫反射物体，面形三维坐标的计算仅仅依赖于图像中像素的位置。
雨镜面物体测量不能满足这一条件，图像具有严重的多义性。
为了解决这一问题。
Ｂａｂａ等【２４笛１设计了一种新型的激光测距仪，图１－６是其光路示意图。
该装置采用遮挡板（ＳｈｉｅｌｄＭａｓｋ）保证反射光线以相同角度进入摄像机中成像，这样就简化了建立空间坐标和像素坐标之间映射关系的难度。
通过相对简单的映射关系式便可由激光光带变形所带的三维信息计算镜面物体的面形。
１．３．２．３编码图案投影法编码图案投影法对投影图案进行空间编码，能够大大提高测量速度。
例如求群，则只（盖／‘，Ｉ”）为∥一ｔａｎ印∥＋譬·击ｊ，”：ｔａｎ酋．。
Ⅳ，，＋礁．上２ｚｃｏｓ８２ｆｌ一％ｆ≯。
羁１川：！！童：兰型。
一２ｚ（ｔａｎ０１一ｔａｎ０２）（卜ｌｏ）ｒ”＝ｔａｎ最，并，｝。
＋盟２ｚ－～ｃｏ－ｓ一毋，图１．１０测量原理图这样将一个空间坐标已知的物面点作为迭代求解过程的初始条件，计算出图像所有像素对应的物面点的空阀坐标。
另外Ｙａｍａｍｏｔｏ等㈡６】为了测量面形变化大的物体如椭球镜、非球面镜等，采用了图１—１２中两个半径不同的圆柱形光栅，是一种非平板投射形式。
圆柱光栅半径的改变造成条纹投射装置在特定方向上的运动，由相位计算出面形分布。
这种方法为解决映射关系复杂性提供了一种很好的思路。
关于镜面物体三维测量技术的发展现状，通过上面的分析，可以得出如下的结论：①现有技术的发展还不成熟，许多技术只是针对特定目标的测量；②技术原理比较分散，主流技术尚未形成；③仅从文献检索结果看，国内尚未有人开展相关研究５－作；显然，镜面物体三维测量有较大的研究发展空间。
对其进行研究可以结束我国在这一领域的竞争中长期了无踪影的局面。
图１－１１参考光栅示意圈（具有不同方向）图１－１２圆柱形光栅示意图１．４本文技术路线及研究内容为了实现镜面物体面形的三维测量目的，本文选择条纹投射技术作为测量手段，采用平板显示屏幕（液晶显示器屏幕）作为光栅投射设备，与ＣＣＤ摄像机构成测量传感单元；结合可移动的精密导轨驱动投射器件运动，形成镜面物体的测量系统；投射变频条纹并利用时域相位解包裹技术求解被测物面上的绝对相位分布，进而由不同投射位置上计算的相位分布获取被测物体的面形三维数据。
本文的创新之处在于将条纹投射器件做特定运动，在不同的投射位置上获取的多组条纹相位用来直接计算出镜面物体的三维面形数据，克服以前技术中计算复杂大的问题；同时本文采用平板显示器作为投射器件，改进了条纹投射技术测量镜面物体的方法，通过编程投射变频条纹并结合时域相位去包裹技术实现绝对相位的自动求解，克服了条纹图像严重多义性带来的困难。
本文的章节排列如下：第一章，本文概述，主要说明了镜面物体三维测量技术的研究意义；从反射模型上说明了镜面反射与漫反射之间的差异以及测量中出现的问题和特征；对现有的各种镜面物体三维测量技术的原理和技术特点作了归纳分析；最后简单的阐述了本文所要采用的技术路线和研究内容。
第二章，首先介绍了条纹投射技术的基本原理；针对现有测量镜面物体的条纹投射技术出现的计算复杂性高等问题，本文提出了“基于平板显示器移动的镜面物体测量新方法”，详细介绍了测量方案，原理及几何分析。
并进行了计算机模拟和误差分析。
第三章，介绍了条纹投射技术中条纹图像处理的相关技术，尤其是变频技术和时域相位去包裹技术。
本章呆用变频技术和时域相位去包裹技术是为了实现绝对相位的自动求解，并克服图像多义性对去包裹运算的影响。
为了识别有效测量区域，本章借鉴图像分割的基本原理，以条纹图像的调制度作为分割信息，采用迭代法实现自动求解。
第四章：根据本文提出的测量方案构建了实验系统。
对样件进行了数据实际测量处理。
第五章：对本文工作进行总结，展望了未来研究的方向。
（２－２）△≯（ｔ／）＝九（ｉ，，）一九（ｉ，Ｊ）适过相位差与物面深度的映射关系州∽２面篇端而ｐ，）便叮必计算出物面深度Ａ（ｆ√）。