光学三维测量技术及其应用
光学检测的综述
光学检测的综述光学检测的综述摘要随着科学技术和⼯业的发展，测量检测技术在⾃动化⽣产、质量控制、机器⼈视觉、反求⼯程、CAD/CAM以及⽣物医学⼯程等⽅⾯的应⽤⽇益重要。
传统的接触式测量技术存在测量⼒、测量时间长、需进⾏测头半径的补偿、不能测量弹性或脆性材料等局限性，因⽽不能满⾜现代⼯业发展的需要。
近年来由于光学⾮接触式测量技术克服了上述缺陷，其⾮接触、⾼效率、⾼准确度和易于实现⾃动化的特点，成为近年来测量技术研究的热点。
本⽂介绍了多种基于各种测量原理的光学检测⽅法。
关键词:光学检测；三维测量; 数字相移;1.光电检测技术光电检测技术以激光、红外、光纤等现代光电器件为基础，通过对载有被检测物体信号的光辐射（发射、反射、衍射、折射、透射等）进⾏检测，即通过光电检测器件接收光辐射并转换为电信号。
由输⼊电路、放⼤滤波等检测电路提取有⽤的信息，再经过A/D变换接⼝输⼊微型计算机运算、处理，最后显⽰或打印输出所需检测物体的⼏何量或物理量[1]。
如图1所⽰光电检测系统的组成。
图1 光电检测系统光电检测技术的特点：–⾼精度：从地球到⽉球激光测距的精度达到1⽶。
–⾼速度：光速是最快的。
–远距离、⼤量程：遥控、遥测和遥感。
–⾮接触式检测：不改变被测物体性质的条件下进⾏测量。
–寿命长：光电检测中通常⽆机械运动部分，故测量装置寿命长。
–数字化和智能化：强的信息处理、运算和控制能⼒。
光电检测的⽅法：直接作⽤法差动测量法补偿测量法脉冲测量法光电检测系统◆主动系统/被动系统(按信息光源分)–主动系统通过信息调制光源,或者光源发射的光受被测物体调制。
如图2所⽰图2 主动系统的组成框图–被动系统光信号来⾃被测物体的⾃发辐射。
如图3所⽰图3 被动系统的组成框图◆红外系统/可见光系统(按光源波长分)[2]–红外系统多⽤于军事,有⼤⽓窗⼝,需要特种探测器。
–可见光系统多⽤于民⽤◆点探测/⾯探测系统(按接受系统分)–⽤单元探测器接受⽬标的总辐射功率。
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。
三维数据测量技术
三维数据测量技术现状
三维测量技术的分类
目前已有的三维测量技术比较多，原理也各不相同。绝大多数都是基于光 学 、声学 、电磁学以及机械接触原理的测量方法。
又根据是否接触被测物体，可以将三维测量技术分为接触式测量和非接触 式测量这两大类。
三目立体视觉法与 提高双目自动匹配的可靠性和降
多目立体视觉法
低双目匹配的难度，
谢谢
恳请老师批评指正！
机通过激光跟踪仪获得的位置信息快速定位测
笔，并通过 CCD相机获取目标靶点的图像，计
算机根据图像计算出目标靶点的空间位置，并 结合激光跟踪仪测得猫眼的位置计算出测量头
瑞士 Leica 公司的三维坐标测量系统 T-Probe
的空间位置。
激光线三维扫描测量仪
激光线三维扫描测量仪是一种基于线激光投射和三角测量原理的非接触式测量 设备。 它在测量过程中将一个条状激光束投射至被测物体表面，并使用 CCD 相机接受 其反射光束，然后根据三角测量原理获得三维坐标数据。
接触式 “测头直接与零件表面接触”
三维测量技术
基于“力-变形”原理的触发式测量
非接触式 “间接获得”，基于磁场、光学、超声波等ຫໍສະໝຸດ 理模拟量接触式三维测量技术
典型的接触式测量设备是三坐标测量机（CMM）和关节臂测量机。
上图关节臂测量机
关节臂测量机
优点：
1）机械结构简单； 2）运动灵活，测量范围大； 3）便携性好等特点。
单目视觉法
只采用一个摄像机，与双目视觉方法相 比，结构简单，摄像机的标定也较为简 单，可以对不同深度的多个目标测距。
EOS测量技术的基本原理
EOS测量技术的基本原理EOS（Electro-Optical System）测量技术是一种利用光学原理进行测量的技术。
它广泛应用于工业领域中，包括生产制造、质量检测、材料分析等多个方面。
本文将介绍EOS测量技术的基本原理和应用。
首先，让我们了解一下EOS测量技术的基本原理。
EOS测量技术利用光的散射、折射等性质，通过测量光线在被测物体上的反射、透射和干涉等现象，来获取物体的相关信息。
这些信息包括物体的形状、表面质量、透明度、折射率等。
在EOS测量技术中，常用的光源有激光、LED等。
光线通过物体时，会发生散射和折射。
散射是指光线在物体表面进行反射，而折射是指光线由一个介质进入另一个介质时发生的方向改变。
根据散射和折射的现象，我们可以通过测量光线的角度、偏振等信息来获得物体的相关参数。
EOS测量技术的一个重要应用就是三维形状测量。
在工业制造中，产品的精确尺寸和形状是十分重要的。
传统的测量方法多依赖于人工划线、机械测量等，耗时且不够准确。
而EOS测量技术可以实时、非接触地获取物体的三维形状信息。
通过将物体放置在光源和摄像机之间，测量光线的偏移和强度变化，可以构建出物体的三维模型。
这样的技术可以广泛应用于汽车制造、航空航天、电子产品等领域，提高生产效率和产品质量。
此外，EOS测量技术还可以用于表面质量检测。
对于某些产品，其表面质量的良好与否直接关系到产品的使用寿命和性能。
以金属制品为例，表面缺陷、凹凸不平等问题会影响产品的外观和稳定性。
传统的表面质量检测方法多采用触摸或目视检查，效率低下且易受主观因素影响。
而EOS测量技术可以通过测量光线的反射情况来检测表面缺陷、凹凸等问题，高效准确。
这对于提高产品质量和降低生产成本都有着十分重要的意义。
此外，EOS测量技术还可以应用于材料分析。
材料的光学性质是研究其性能和结构的重要线索之一。
EOS测量技术可以通过测量材料的折射率、反射率等来获取材料的光学性质。
这对于研究材料的透明度、抗光磨损性能等具有重要价值。
光电子技术的应用与发展
光电子技术的应用与发展光电子技术是近年来发展较快的前沿技术之一，主要应用于高端制造、航空航天、医疗、通信等领域。
今天我们就来探讨一下光电子技术的应用与发展。
一、激光应用激光是光电子技术中应用最广泛的技术之一。
激光的高亮度、纯度和方向性，使其应用于切割、打标、微加工、变形等领域。
在医疗领域中，激光可用于眼科手术、皮肤美容等。
而在自动驾驶领域，激光雷达则能够提供高精度的三维感知数据，为自动驾驶的实现提供了重要的支持。
二、光纤通信光纤通信是传输高速数据的主要方式之一。
与传统的电信网络相比，光纤通信速度更快、容量更大、传输质量更稳定。
光纤通信技术的应用领域包括互联网、电视直播、在线教育等。
而随着5G时代的到来，光纤通信的应用前景更加广阔。
三、光学测量技术光学测量技术是一种用光学原理测量物体表面形状和尺寸的技术。
光学三维测量技术的应用领域非常广泛，包括机械制造、汽车、电子、航空航天等领域。
光学三维测量技术可用于检测零件的精度、表面处理、开发新产品等。
四、物联网物联网是利用互联网、无线传感器网络等技术将普通物品与互联网相连的技术。
而光电子技术作为物联网技术的重要组成部分之一，其应用领域非常广泛。
光电子技术可为物联网提供更加可靠、稳定的传输和测量手段。
例如，光学传感器可用于测量温度、湿度等环境数据，为物联网提供了更加广阔和多样的应用场景。
五、光电子技术的未来随着人工智能、物联网等技术的迅速发展，光电子技术的应用场景将更加广泛。
光电子技术与人工智能的结合，将会使得光电子技术在自动驾驶、智能制造、医疗等领域更加智能化。
光电子技术的发展，将有力支持基础设施建设、推动社会现代化进程，推动我国经济发展。
光电子技术已经成为现代化技术的重要组成部分之一，对于我国技术和经济的发展具有重要的战略意义。
相信在技术的不断创新和发展中，光电子技术将会有更加广泛的应用和更加卓越的成就。
三维视觉检测
II
哈尔滨工业大学
目录
摘要........................................................................................................................ I Abstract ................................................................................................................. II 第 1 章 绪论..................................................................................................... - 1 1.1 课题背景............................................................................................. - 1 1.2 结构光三维测量技术......................................................................... - 1 1.3 国内外发展现状................................................................................. - 1 第 2 章 光学三维测量技术............................................................................. - 3 第 3 章 三维测量技术中相位移及相位展开................................................. - 4 3.1 相位移原理......................................................................................... - 4 3.2 相位展开算法..................................................................................... - 5 3.2.1 空间相位展开算法.................................................................. - 5 3.2.1 时间相位展开算法.................................................................. - 6 第 4 章 三维重建过程..................................................................................... - 7 4.1 三步相移算法..................................................................................... - 7 4.2“2+1”步相移算法 ................................................................................ - 7 4.3 时间相位去包裹法............................................................................. - 8 4.4 杂点去除算法..................................................................................... - 9 4.5 相位值向空间三维坐标转换算法..................................................... - 9 4.6 基于 Look-up Table 的快速算法 ..................................................... - 10 第 5 章 总结与展望....................................................................................... - 10 -
结构光对物体的轮廓的三维测量(最全版)PTT文档
论文的作用和目的
本文对结构光测量技术进行研究，并 阐述其基本原理和关键技术 。就利用 结构三维测量技术对物体的三维轮廓进 行了深入研究，用计算机设计好的正弦 光栅投影到参考面和被测物体表面上， 由照相机获取参考面和被测物体表面的 变形图纹，通过图像预处理、相位主值 计算、相位展开、系统标定、三维数据 计算等技术最后通过Matlab软件得到被 测物体表面的三维轮廓。
随着现代制造业的快速发展，航空航天、汽车等大型制造业对质量控制提出了更高的要求，且由于这些行业的产品一般大而重，往往 需要将质量问题在现场实时解决。 首先用计算机设计好的正弦光栅投影到参考面和被测物体表面上，用照相机获取参考面和被测物体表面的变形条纹如下图 本实验是根据结构光法测量原理对物体的三维轮廓进行测量。 得到参考面和被测物体表面条纹图后，经过图像处理，利用FTP方法计算被测物体和参考面的相位差，最后进行相位展开，得到展开 后的相位差分布如下图，图（a）为折叠相位图（b）为相位展开后的结构 本文对结构光测量技术进行研究，并阐述其基本原理和关键技术 。 由于三维测量的复杂性和特殊性，一直是科技界努力突破的技术难题。 正是基于这种需求，近20年来各种便携式光学三维测量技术相继问世，其中结构光三维测量技术由于具有便携性强、测量速度快、测 量精度高等优点，已成为目前使用最为广泛的一种三维测量技术。
光学数字成像在三坐标测量机上的应用
（） 纹 光栅 图 ａ条 （）投射 到 被测 物 上 的 ｂ 条 纹 分布源自图 图 １ 机 器外形图片
（）光学成像探测 头工 作原理 （ 图 ２ 探测 头 ２ 见 ） 向被测物投射正弦条纹光 ，光线 将会 因为被测 物表 面的 深度变化 而产生变形 ，利用 Ｃ Ｄ相机撷取得 到 Ｃ
据快，测量范 围大，携 带 方便等 优点。例 如，德 国 Ｇ Ｍ公司的 Ａ Ｏ 光学扫描仪。但普通的光学扫描仪 Ｏ ＴＳ 需要在被测物体上粘贴标志点，通过标志点来对每一幅
设备为产品三维数据的获取提供了硬件条件。近年来，
在空间测量技术上较为普遍使 用的三坐标测量 机在 国内
发展迅速， 测量的精度成倍提高，操作方式也从单一手 动发展到电动、Ｃ Ｃ全 自动等多种方式。随着传感技 Ｎ 术、 控制技术 、图像处理和计算机视觉等相关技术的发 展，出现了各种各样的物体表面几何数据获取方法。除
充分利用三坐标测量机定位精度高 、 操作方便的特点，
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２
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的影像的每一像素点，再通过相位移技术以及相位重建 求得相对应点的高度值，进而重现出被测物的表面轮 廓。一般采用的是 ４ ｔ 一ｓｐ四步相位移法。最后再利用 ｅ
了传统 的接 触式 测 头 ，还 先后 出现 了激 光 扫 描 、全 息 法、 成像雷达 、Ｃ 扫描 、超声波探 测以及核磁共 振等 ， Ｔ