三维测量技术及设备

1.三维测量技术的发展

计算机视觉是研究视觉信息的认知过程,从信息处理层次角度来分析,包括视觉信息处理中的计算理论、表达与方法。二十世纪中期,计算机视觉这一领域开始被人们所关注和研宄,然而直到理工学院的Mary教授在70年代后期才提出了较为全面的计算机视觉系统,他是从信息处理的角度来分析,并且参照了图像处理、心理物理学、神经生理学和临床精神病学的研究成果,这一概念的提出,使得计算机视觉的发展应用开始流行。从信息处理方面来看,Mary教授为计算机视觉系统的研究分为三个层次,首先是在以低层视觉处理方式为基础处理输入的原始图像时,要使用图像处理技术;然后是在获取场景的深度信息时要采用中层视觉处理方式:最后是通过高层视觉处理方式来识别特征点,并且以此来确定被测物体的相对位置等。

二十世纪八十年代,计算机视觉的研宄进入鼎盛时期,越来越多的研究者幵始关注这一领域。近年来,在针对几何计算机视觉的研究中,人们提出了通过由多幅图像序列按照不同的理论和算法,可以将三维物体的形状和摄像机的运动状态计算出来,这一概念的提出把射影几何等复杂的数学内容引入到计算机视觉中,从而形成了所谓的“多视图几何较好的描述了视觉中物体的粗细特征,降低了对计算机视觉系统中摄像机参数要求,因此提高了计算机视觉系统对噪声的鲁棒性。在图像三维测量研究中,发达国家的研宄开始的比较早,如美国、德国、加拿大、曰本等,从五十年代计算机视觉系统的较为全面

2.三维测量方法及其原理

2.1接触式扫描仪

接触式测量是三维面形测量的最为传统的方法，它所采用的典型的装置就是三坐标测量机。它以精密机械为基础，综合了光电技术，计算机技术和数控技术等。三坐标测量机的工作原理是：通过对零件表面点的测量来获得零件形面上零散点的几何信息，然后通过计算，还原出零件形面的几何信息，并在这些信息的基础上，计算出零件中的几何元素尺寸和形位公差。

只是随着科技的不断进步，其中的许多方法我们已经不再使用，但是，它们是我们在三维测量领域取得更大发展的坚强基石。在此列出，仅供对三维测量发展历程的了解之需。我们要主要介绍的就是目前应用较多的测量方法和技术，以及与之相关的部分内容。它以精密机械为基础，综合了光电技术，计算机技术和数控技术等。三坐标测量机的工作原理是：通过对零件表面点的测量来获得零件形面上零散

点的几何信息，然后通过计算，还原出零件形面的几何信息，并在这些信息的基础上，计算出零件中的几何元素尺寸和形位公差。

2.1.1高精度测量机

在高精度化方面，Nikon的TRAISTATION SH830型CNC三维测量机最为引人注目。其总体造型为高刚性龙门式结构，X、Y、Z三轴全部采用陶瓷材质的导轨，并采用不会因X向运动而对Z轴导轨(测头)产生螺旋扭矩的特殊结构，于是其空间测量精度误差U≤(1.8＋2L/1000μm)，为这一级别测量机的最高水准。对环境温度要求由传统的20℃±0.5℃放宽到20℃±2℃，大幅度提高了测量机的环境适应能力。

2.1.2高速测量机

在高速化方面，最受瞩目的当属卡尔蔡司公司的UPMC型高速扫描(HSS)三坐标测量系统。该系统采用了新型万能3D测头，可实现对测点的高速检测和对测量力的向量控制。与传统的“测点-测点”的探测方法相比，在同一时间内可测取100倍于传统方法的测点数据。例如，用传统的接触式测头测量φ50的孔径时，测4点需要耗时10s，而在同样的10s内，HHS系统可获取1000个点的测量数据。

2.1.3耐环境型测量机

卡尔蔡司公司的UMC型、UPMC型及ZMC型三坐标测量机，全部采用了温度补偿专用软件“CAA”，计算机辅助精密化)。利用温度传感器分别准确的测出X、Y、Z三轴所有准标尺及工件的温度，由

专用软件CAA在测量机开始工作时自动的读出这些温度值。在测量机正式工作时，对由于测量机实际工作环境温度偏离标准温度(20℃)而造成的测量误差，会自动的进行线性补偿，从而增强了三坐标测量机对环境的适应能力，即其实际的工作环境温度范围可放宽到15℃~30℃。可见，其使用范围不限于实验室，而且可以直接走向生产现场。

除上述之外，还有“兰颗苔辣蒿布匈”开发的可用于长1m、重1t 的大型组件、曲轴的圆度、圆柱度等几何的测量，是面向汽车制造业的新产品。由Mitntoyo开发的新产品——“CV-L426”型非球曲面测量机，是超高精度轮廓测量的理想设备，在对眼镜的镜片、视频投影设备镜面等非球形曲面进行测量时，其分辨率为0.025μm(Z 轴)、0.1μm(X轴)、测量压力为30N。日本“东京精密"与工业技术计量研究院共同开发的激光跟踪三坐标测量机的测量范围可达5m ×5m×3m，坐标精度为5~10μm，被测物体最高允许速度为500mm/s。

三坐标测量机的测量系统是将测量信息、测量脉冲生成程序“Geo-Teacher”与市售的Auto CAD结合起来在微机上运行的测量软件。其示意图如图 2.2所示：三坐标测量机的有关技术已经走向成熟，已经由实验室走向企业，不再是企业炫耀的装饰性奢侈品，而是实实在在的生产设备。三坐标测量机的优点表现在：测量精度高，可以对复杂工件形状进行测量。其缺点也是很明显的，顾名思义，这种测量方法要求测头与被测物体表面接触，这样就导致测量速度

慢，从而影响测量效率；而且，测量的灵敏度也不高，不能实现对柔软物体的测量；另外，由于三坐标测量机的机械结构复杂，对工作环境有较高的要求，必须采取一些防雾、防尘、恒温等措施。这些都抑制了三坐标测量机的进一步推广使用。

2.2非接触式扫描仪

非接触测量主要分为两类：一类是光学方法，另一类是光学外的其它方法。光学测量法又可以分为主动测量法和被动测量法。前者是指对被测物体投射特定的结构光，使之被物体调制，再经过解调得到物体的三维信息。后者则是在自然光照明下，通过一定技术检测出物体的三维信息。两者的区别在于是否引进专门的光源进行照明。典型的被动测量系统是采用两个或多个摄像机获得不同视觉方向的二维视图，通过这些图像的视差，运用相关或匹配运算可以重建出物体的三维表面。该方法的关键是对应点的匹配算法，计算量通常较大，当被测物体表面各点反射率无明显差异时，对应点匹配变得很难实现。主动测量法通过引入预定的光源大大提高了测量的精度、准确度、速度和可靠性，从而使实用的三维精确成像成为可能。而主动光照明的典型的测量方法是结构光法。

2.2.1激光视觉检测——主动三角法

激光具有方向性好、亮度高等优点，利用激光做光源来获取结构光的主动视觉检测就应运而生。激光非接触测量头采用CCD技术和激光技术，运用三角原理进行设计。单点式激光三角法采用直射式和斜射式两种结构。

a.直射式

激光光束经透镜聚焦后垂直入射到被测物体上，物体的移动或表面变化将导致入射点沿入射光轴移动，接收透镜接收到来自入射光点的散射光，并将其成像在光电位置探测器敏感面上。

b.斜射式

激光器发出的光与被测面的法线成一定角度入射到被测面上，同样用一透镜接收光点的被测面的散射光和反射光，若光点的像在探测器敏感面上移动x'，则物体表面沿法线方向的移动距离激光视觉测量的基本原理：用激光作光源可以产生各种结构光：点结构光、线结构光和多线结构光(面结构光)。用一个或多个CCD摄像机来接收，通过一定算法来获取结构光所携带的被测物体的三维信息。其中：线结构光测量技术以其固有的非接触性、高精度、高速度、易于实现自动化等优点而被经常采用。试验结果表明：所开发的线扫描测量机具有较大的测量范围、较高的精度和测量速度，具有很高的实用价值。所用的线结构光视觉传感器工作原理如下：半导体激光器产生的激光经柱面镜变成线结构光，投射到被测区域形成一条激光带，用面阵CCD摄像机接收散射光，从而获得表面被照区域的截面形状或轮廓。

2.2.2结构光三维测量方法

结构光三维测量方法主要思想为利用照明中光的几何结构来获取景物三维信息。适用于图像中场景变化较为缓慢,没有太多特征,在这种条件下,分析和处理图像时采用结构光可以形成比较清楚的光条纹,以此来获取三维信息。

结构光三维测量技术的主要过程为:测量系统发射光能量于被测物体表面,通过光反射得到特征点的投射角度,然后根据摄像机定标出的空间方向和位置参数,基于三角法测量原理计算特征点与相机镜头主点之间的距离,完成物体三维测量。结构光三维测量技术按照所采用的光源形式,可以分为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。激光器用来产生平面激光束,并且保证投射方向与激光平面平行,在被测物体上形成光条纹带,图像中特征点就在这个条纹上,此时,物体可以看成是-维的,从而对应点的匹配计算更为方便。结构光三维测量方法的优点是所用仪器体积较小,价格较低,容易操作,测量方法简单等,常用于三维轮廓测量;然而测量时,测量精度会受到物理光学的限制,测量中存在遮挡问题。

2.2.3莫尔条纹三维测量法

根据粗光栅阴影效应,通过测定物体等高线技术,莫尔条纹三维测量法把被测景物的深度值包含在被测景物表面产生的条纹中,然后再分析计算得出被测景物三维信息。莫尔条纹三维测量法主要包括以莫尔轮廓法为基础建立的影像莫尔法、投影莫尔法和扫描莫尔法等,该方法以基准光栅为核心器件,测量中放在靠近被测物体表面处,用点光源或者平行光源照射基准光栅,然后通过基准光观察物体,形成干涉条纹。

2.2.4傅立叶变换轮廓法

傅立叶变换轮廓法的基本原理为投影光通过光栅产生结构光并映射在待测的三维景物表面,然后在空间频域和空间信号域内,对映

射的光栅图像进行傅立叶变换和数据分析处理,提取三维表面信息相比于传统的莫尔三维测量法,该方法具有更高的灵敏度,并且会自动区分景物表面的不规则变化,同时没有条纹阶次和内插数的设置要求,不会产生由光栅图形的高次谐波成分产生的假的莫尔条纹所引起的误差。但是本方法的缺点为,对于斜率较大的景物三维测量时,图像设备分辨率要求非常高,而且必须运用运算能力较大的计算机。

2.2.5单目视觉三维测量法

二维图像作为三维景物的透视,其中包含着很强的三维暗示。单目视觉三维测量方法采用单摄像机,实验结构简单,可以同时测量不同深度的多个目标点。单目视觉三维测量法主要通过聚焦法和离焦法来获取二维图像聚焦法的基本原理是通过调节摄像机的像距,使摄像机相对于被测点处于聚焦的位置,并把摄像机的像距和焦距视作已知,通过透镜成像公式求得物距。调焦的精度是该方法的关键之处,误差的产生是由调焦过程中的离焦所引起,实际运用中要注意避免。该方法的优点为原理和结构比较简单,缺点为镜头的景深和焦深会限制测量精度,深度区域的不同需要不同的聚焦获取多幅图像,测量时间比较长。

2.2.6双目视觉三维测量法

双目立体视觉原理:人类在获取三维信息的各种方式中,双目视差和运动视差是最重要的两种方式。双目视差主要是指双眼看到同一物体的不同映像,而运动视差主要指是头部运动时看到同一物体的不同映像。视差产生了立体感,人的两眼间距平均约为6.5cm,在观看景

物时,由于观看角度的细微差别使得两眼看到的物体存在微小的差别。这种微小差别反映给大脑综合计算来感受精确地三维物体,这就是具有深度的立体感。双目立体成像系统的工作就是产生存在视差的两幅立体图像对,分别代表左右眼观看的图像。而立体显示系统就是模拟双目立体视觉,保证在工作时左眼只看左图像,右眼只看右图像,从而产生立体感。

3.总结

接触式扫面仪和非接触式扫描仪都有各自的优缺点，如非接触式具备优点如下：1）测量速度快；2）不需进行侧头半径补偿；3）可测量易柔，易碎，不可接触，薄壁件等工件；4）不损伤工件表面精度等。缺点如下：1）测量精度不高，特别是是工件与测头不垂直时误差较大；2）较难测量特定的几何特征和陡峭面；3）工件表面质量对测量精度影响较大。因此，需要根据实际的情况选择接触式或非接触式扫描仪，并且实验所用的双目立体视觉三维测量方法被常用于制造现场的质量控制和在线非接触测量,具有精度好、工作效率高、成本低和结构简单等优点,尤其是在运动物体测量中,图像获取往往需要瞬间完成,因此双目立体视觉三维测量方法是一种更为有效的测量方法。

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光学非接触式三维测量技术_图文

光学非接触式三维测量技术_图文光学三维测量技术及应用摘要：随着现代科学技术的发展，光学三维测量已经在越来越广泛的领域起到了重要作用。本文主要对接触式三维测量和非接触式三维测量进行了介绍。着重介绍了光学三维测量技术的各种实现方法及原理。最后对目前光学三维测量的应用进行了简单介绍。随着科学技术和工业的发展，三维测量技术在自动化生产、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。。光学测量是光电技术与机械测量结合的高科技。光学测量主要应用在现代工业检测。借用计算机技术，可以实现快速，准确的测量。方便记录，存储，打印，查询等等功能。光学三维测量技术是集光、机、电和计算机技术于一体的智能化、可视化的高新技术，主要用于对物体空间外形和结构进行扫描，以得到物体的三维轮廓，获得物体表面点的三维空间坐标。随着现代检测技术的进步，特别是随着激光技术、计算机技术以及图像处理技术等高新技术的发展，三维测量技术逐步成为人们的研究重点。光学三维测量技术由于非接触、快速测量、精度高的优点在机械、汽车、航空航天等制造工业及服装、玩具、制鞋等民用工业得到广泛的应用。 2 三维测量技术方法及分类三维测量技术是获取物体表面各点空间坐标的技术，主要包括接触式和非接触式测量两大类。如图1所示。图1 三维测量技术分类 2.1 接触式测量物体三维接触式测量的典型代表是坐标测量机(CMM，Coordinate Measuring Machine)。CMM是一种大型精密的三坐标测量仪器[1]，它以精密机械为基础，综合应用电子、计算机、光学和数控等先进技术，能对三维复杂工件的尺寸、形状和相对位置进行高精度的测量。三坐标测量机作为现代大型精密、综合测量仪器，有其显著的优点，包括：（1）灵活性强，可实现空间坐标点测量，方便地测量各种零件的三维轮廓尺寸及位置参数；（2）测量精度高且可靠；（3）可方便地进行数字运算与程序控制，有很高的智能化程度。

(完整word版)三维激光扫描测量技术及其在测绘领域的应用

三维激光扫描测量技术及其在测绘领域的应用三维信息获取技术,也称为三维数字化技术。它研究如何获取物体表面空间坐标,得到物体三维数字化模型的方法。这一技术广泛应用于国民经济和社会生活的许多领域,如在自动化测控系统中,可以测微小、巨大、不规则等常规方法难以测量物体。随着信息技术研究的深入及数字地球、数字城市、虚拟现实等概念的出现，人们对空间三维信息的需求更加迫切。基于测距测角的传统工程测量方法，在理论、设备和应用等诸多方面都已相当成熟，新型的全站仪可以完成工业目标的高精度测量，GPS可以全天候、一天24小时精确定位全球任何位置的三维坐标，但它们多用于稀疏目标点的高精度测量。随着传感器、电子、光学、计算机等技术的发展，基于计算机视觉理论获取物体表面三维信息的摄影测量与遥感技术成为主流，但它在由三维世界转换为二维影像的过程中，不可避免地会丧失部分几何信息，所以从二维影像出发理解三维客观世界，存在自身的局限性。因此，上述获取空间三维信息的手段难以满足应用的需求，如何快速、有效地将现实世界的三维信息数字化并输入计算机成为解决这一问题的瓶颈。三维激光测量技术的出现和发展为空间三维信息的获取提供了全新的技术手段，为信息数字化发展提供了必要的生存条件。20世纪90年代，随着三维激光扫描测量装置在精度、速度、易操作性、轻便、抗干扰能力等性能方面的提升及价格的逐步下降，它在测绘领域成为研究的热点，应用领域不断扩展，逐步成为快速获取空间实体三维模型的主要方式之一。

使用国产地面激光扫描仪扫描的输电线三维模型三维激光扫描测量技术的特点三维激光扫描测量技术克服了传统测量技术的局限性，采用非接触主动测量方式直接获取高精度三维数据，能够对任意物体进行扫描，且没有白天和黑夜的限制，快速将现实世界的信息转换成可以处理的数据。它具有扫描速度快、实时性强、精度高、主动性强、全数字特征等特点，可以极大地降低成本，节约时间，而且使用方便，其输出格式可直接与CAD、三维动画等工具软件接口。目前，生产三维激光扫描仪的公司有很多，它们各自的产品在测距精度、测距范围、数据采样率、最小点间距、模型化点定位精度、激光点大小、扫描视场、激光等级、激光波长等指标会有所不同，可根据不同的情况如成本、模型的精度要求等因素进行综合考虑之后，选用不同的三维激光扫描仪产品。

三维测量技术

2008年6月宇航计测技术 June .,2008 第28卷　第3期 Journal of A str onautic Metr ol ogy and Measure ment Vol .28,No .3 文章编号:1000-7202(2008)03-0052-05 中图分类号:TP334.2+1 文献标识码:A 收稿日期:2008-03-02 作者简介:朱凯歌(1983—　),男,硕士研究生,主要研究领域:精密测控技术及仪器智能化。 nRF24E1在光笔式坐标测量机中的应用朱凯歌　刘书桂　凌清平　石雪梅 (天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津300072) 摘　要　为了发挥光笔式坐标测量机测量速度快、移动灵活、携带方便的特点,利用无线单片机nRF24E1构建无线传输模块,给出了无线传输模块在光笔式坐标测量机中的应用方案,具体介绍了系统的硬件设计、通信协议和软件架构。通过实验验证,在10m 通信距离内,无线传输系统能够稳定可靠地传输数据。因此在光笔式坐标测机中可以代替线缆使用。关键词　光笔式坐标测量机　视觉测量　无线传输　通信协议Appli cati on of nRF 24E 1i n the L i ght -pen C MM s ZHU Kai 2ge L IU Shu 2gui L ING Q ing 2p ing SH I Xue 2mei (College of p recisi on instru ment and op t o 2electr onics engineering,Tianjin University,Tianjin 300072) Abstract I n order t o utilize the advantages of the light 2pen C MM s,such as fast measuring,easily moving and conveniently carrying,it is best t o use wireless communicati on .W ireless module e mbed wire 2less MCU 2nRF24E1was designed .The res oluti on of using wireless module in the light 2pen C MM s was given .The hard ware,communicati on p r ot ocol and s oft w are fra me work was intr oduced .By experi m ent,within 10meter,the syste m could steadily and exactly communicate .So the wireless module can rep lace wire in the light 2pen C MM s . Key words L ight 2pen C MM s V isi on measure ment W ireless communicati on Communicati on p r ot ocol 1　引　言光笔式坐标测量机作为一种便携式坐标测量机,是一种新兴的视觉坐标测量技术。它将接触式测量和非接触式测量结合起来,充分发挥接触式测量的测量精度高和非接触式测量的测量系统组建灵活的优点[1] 。目前在光笔式坐标测量机中使用有线方式传输数据,有线传输具有线缆长度有限、系统移动不灵活、系统组建麻烦等固有缺陷。使用无线传输技术可以克服以上缺点,因此在光笔式坐标测量机中使用无线传输技术成为其发展趋势。 2　系统总体设计采用无线传输技术的双相机光笔式坐标测量机应用示意图如图1所示,在需要传输信息的端点处(光笔端、计算机端、CCD 摄像机端),分别安装射

光学非接触式三维测量技术

光学三维测量技术及应用摘要：随着现代科学技术的发展，光学三维测量已经在越来越广泛的领域起到了重要作用。本文主要对接触式三维测量和非接触式三维测量进行了介绍。着重介绍了光学三维测量技术的各种实现方法及原理。最后对目前光学三维测量的应用进行了简单介绍。 1 引言随着科学技术和工业的发展，三维测量技术在自动化生产、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。。光学测量是光电技术与机械测量结合的高科技。光学测量主要应用在现代工业检测。借用计算机技术，可以实现快速，准确的测量。方便记录，存储，打印，查询等等功能。光学三维测量技术是集光、机、电和计算机技术于一体的智能化、可视化的高新技术，主要用于对物体空间外形和结构进行扫描，以得到物体的三维轮廓，获得物体表面点的三维空间坐标。随着现代检测技术的进步，特别是随着激光技术、计算机技术以及图像处理技术等高新技术的发展，三维测量技术逐步成为人们的研究重点。光学三维测量技术由于非接触、快速测量、精度高的优点在机械、汽车、航空航天等制造工业及服装、玩具、制鞋等民用工业得到广泛的应用。 2 三维测量技术方法及分类三维测量技术是获取物体表面各点空间坐标的技术，主要包括接触式和非接触式测量两大类。如图1所示。图1 三维测量技术分类

2.1 接触式测量物体三维接触式测量的典型代表是坐标测量机(CMM，Coordinate Measuring Machine)。CMM是一种大型精密的三坐标测量仪器[1]，它以精密机械为基础，综合应用电子、计算机、光学和数控等先进技术，能对三维复杂工件的尺寸、形状和相对位置进行高精度的测量。三坐标测量机作为现代大型精密、综合测量仪器，有其显著的优点，包括：（1）灵活性强，可实现空间坐标点测量，方便地测量各种零件的三维轮廓尺寸及位置参数；（2）测量精度高且可靠；（3）可方便地进行数字运算与程序控制，有很高的智能化程度。早期的坐标测量机大多使用固定刚性测头，它最为简单，缺点也很多[2]。主要为（1）测量时操作人员凭手的感觉来保证测头与工件的接触压力，这往往因人而异且与读数之间很难定量描述；（2）刚性测头为非反馈型测头，不能用于数控坐标测量机上；（3）必须对测头半径进行三维补偿才能得到真实的实物表面数据。针对上述缺陷，人们陆续开发出各种电感式、电容式反馈型微位移测头，解决了数控坐标测量机自动测量的难题，但测量时测头与被测物之间仍存在一定的接触压力，对柔软物体的测量必然导致测量误差。另外测头半径三维补偿问题依然存在。三维测头的出现可以相对容易地解决测头半径三维补偿的难题，但三维测头仍存在接触压力，对不可触及的表面（如软表面，精密的光滑表面等）无法测量，而且测头的扫描速度受到机械限制，测量效率很低，不适合大范围测量。 2.2 非接触式测量非接触式测量技术是随着近年来光学和电子元件的广泛应用而发展起来的，其测量基于光学原理，具有高效率、无破坏性、工作距离大等特点，可以对物体进行静态或动态的测量。此类技术应用在产品质量检测和工艺控制中，可大大节约生产成本，缩短产品的研制周期，大大提高产品的质量，因而倍受人们的青睐。随着各种高性能器件如半导体激光器LD、电荷耦合器件CCD、CMOS图像传感器和位置敏感传感器PSD等的出现，新型三维传感器不断出现，其性能也大幅度提高，光学非接触测量技术得到迅猛的发展。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。其中，光学非接触式测量是非接触式测量中主要采用的方法。 3 光学非接触式三维测量的概述光学非接触式三维测量技术根据获取三维信息的基本方法可分为两大类：被动式与主动式。如图2所示[3]。主动式是利用特殊的受控光源（称为主动光源）照射被测物，根据主动光源的已知结构信息（几何的、物体的、光学的）获取景物的三维信息。被动式是在自然光（包括室内可控照明光）条件下，通过摄像机等光学传感器摄取的二维灰度图像获取物体的三维信息。

三维测量技术相关论文检索报告

三维测量技术相关论文检索报告 1 三维测量技术概述三维测量已经成为制造业中的一项重要的技术，它在工业检测、逆向工程等领域占有重要的地位。目前，三维测量方法多种多样，其原理也各不相同。不同的测量方式，不但决定了测量本身的精度、速度和经济性，还造成了测量数据类型及后续处理方式的不同。根据测量探头是否和零件表面接触，三维数据的获取方法基本上可分为两大类，即接触式与非接触式。 2接触式测量方法在接触式测量方法中，三坐标测量机(CMM)是应用最为广泛的一种测量设备[1]。三坐标测量机(Coordinate Measuring Machining，简称CMM)是20世纪60年代发展起来的一种新型高效的精密测量仪器。它的出现，一方面是由于自动机床、数控机床高效率加工以及越来越多复杂形状零件加工需要有快速可靠的测量设备与之配套；另一方面是由于电子技术、计算机技术、数字控制技术以及精密加工技术的发展为三坐标测量机的产生提供了技术基础。目前，CMM已广泛用于机械制造业、汽车工业、电子工业、航空航天工业和国防工业等各部门，成为现代工业检测和质量控制不可缺少的万能测量设备[2]。三坐标测量机一般由主机(包括光栅尺)、电器系统(控制柜)、软件系统(计算机系统)及测头所组成。除硬件以外，软件也是测量机的重要组成部分。三坐标测量机的结构类型主要有以下几种：悬臂式、桥式、龙门式等几种。悬臂式测量机优点是开敞性较好，但精度低，一般用于小型测量机。桥式测量机承载力较大，开敞性较好，精度较高是目前中小型测量机的主要结构型式。龙门式测量机一般为大中型量机。要求有好的地基，相对测量尺寸有足够的测量精度。 3 三坐标测量机相关研究现状随着技术的不断成熟和检测要求的不断提高，三坐标测量机正在朝高精度，耐环境等方法不断发展[3]。 1．高精度型三维测量机在高精度化方面，Nikon公司制造了TRAISTATIONSH830型CNC三维测量机。其总体造型为高刚性龙门式结构，X、Y、Z三轴全部采用陶瓷材质的导轨，并采用不会因x向运动而对z轴导轨r测头)产生螺旋扭矩的特殊结构，即在x向导轨中部设有长孔，使得x轴导轨成为双轨形式于是，作x向运动时，测头在双轨之间f中部长孔中)移动。因此，其空间测量精度误差u ≤(1．8+21／1000) m，为这一级别测量机的最高精度水平对周围使用环境温度要求，由传统的20°C土0.5°C放宽为20°C±2°C，大幅度地提高了测量机的耐环境性能。 3．耐环境型三维测量机卡尔2蔡司公司的UMC型、UPMC及ZMC型三维测量机，全部采用了温度补偿专用软件“CAA”(Computer Aided Accuracy，计算机辅助精密化)。利用温度传感器分别准确地测出X、Y、Z三轴所有基准标尺及工件的温度，由专用软件CAA在测量机开始工作时自动地读出这些温度值；在测量机正式工作时，对由于测量机实际工作环境温度偏离标准温度(2O℃)而造成的测量误差，会自动地进行线性补偿，从而增强了三维测量机对环境的适应能力，即

光学三维测量技术综述精选文档

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光学三维测量技术综述 1．引言客观景物三维信息的获取是计算机辅助设计、三维重建以及三维成像技术中的基础环节，被测物体的三维信息的快速、准确的获得在虚拟现实、逆向工程、生物与医学工程等领域有着广泛的应用[1]。三维测量方法总的包括两大类，接触式以及非接触式。如图所示。图三维测量方法分类接触式的三维测量方法到目前为止已经发展了很长一段时间，这方面的技术理论已经非常完善和成熟，所以，在实际的测量中会有比较高的准确性。但是尽管如此，依然会有一些缺点[2]： (1) 在测量过程中，接触式测量必须要接触被测物体，这就很容易造成被测物体表面的划伤。 (2) 接触式测量设备在经过长时间的使用之后，测量头有时会出现形变现象，这无疑会对整个测量结果造成影响。 (3) 接触式测量要依靠测量头遍历被测物体上所有的点，可见，其测量效率还是相当低的。接触式三维测量技术发展已久，应用最广泛的莫过于三坐标测量机。该方法基于精密机械，并结合了当前一些比较先进技术，如光学、计算机等。并且该方法现在已经得到了广泛的应用，特别是在一些复杂物体的轮廓、尺寸等信息的精确测量上。在测量过程中，三坐标测量机的测量头在世界坐标系的三个坐标轴上都可以移动，而且测量头可以到达被测物体上的任意一个位置上，只要测量头能到达该位置，测量机就可以得到该位置的坐标，而且可以达到微米级的测量精度。但由于三坐标机测量系统成本较高，加之上述的一些缺点，广泛应用还不太现实。

非接触式三维测量技术一般通过利用磁学、光学、声学等学科中的物理量测量物体表面点坐标位置。核磁共振法、工业计算机断层扫描法、超声波数字化法等非光学的非接触式三维测量方法也都可以测量物体的内部及外部结构的表面信息，且不需要破坏被测物体，但是这种测量方法的精度不高。而光学三维轮廓测量由于其非接触性、高精度与高分辨率,在CAD /CAE、反求工程、在线检测与质量保证、多媒体技术、医疗诊断、机器视觉等领域得到日益广泛的应用,被公认是最有前途的三维轮廓测量方法[3]。由于光不能深入物体内部，所以光学三维测量只能测量物体表面轮廓，因此，本文中所言光学三维测量即指光学三维轮廓测量，此后不再单独解释。光学三维测量技术总体而言可以分为主动式光学三维测量和被动式光学三维测量，根据具体的原理又可以分为双目立体视觉测量法、离焦测量法、飞行时间法、激光三角法、莫尔轮廓术和结构光编码法等。下面就刚刚提到的几种光学三维测量技术的原理进行逐一讲解。 2.测量原理被动式光学三维测量双目立体视觉测量法双目成像采用视觉原理来获得同一场景的2幅不同图像。通过对物体上同一点在2幅图像上的2个像点的匹配和检测,可以得到该点的坐标信息。测量原理如图所示。设摄像机基线长为B,视差定义为D= P1- P2,其中P1、P2为空间点W(X,Y,Z)在2像面上的投影点,则由几何关系可得Z=Bf/ D。计算出物点的深度坐标后,其它2个坐标可以通过简单的几何透视关系得出。双目视觉成像原理简单,但由于需要在两幅图像中寻找对定点的匹配,实际计算过程较为复杂。图双目立体视觉法三维测量原理图

三维测量技术及设备解读

三维测量技术及设备 1.三维测量技术的发展计算机视觉是研究视觉信息的认知过程,从信息处理层次角度来分析,包括视觉信息处理中的计算理论、表达与方法。二十世纪中期,计算机视觉这一领域开始被人们所关注和研宄,然而直到理工学院的Mary教授在70年代后期才提出了较为全面的计算机视觉系统,他是从信息处理的角度来分析,并且参照了图像处理、心理物理学、神经生理学和临床精神病学的研究成果,这一概念的提出,使得计算机视觉的发展应用开始流行。从信息处理方面来看,Mary教授为计算机视觉系统的研究分为三个层次,首先是在以低层视觉处理方式为基础处理输入的原始图像时,要使用图像处理技术;然后是在获取场景的深度信息时要采用中层视觉处理方式:最后是通过高层视觉处理方式来识别特征点,并且以此来确定被测物体的相对位置等。二十世纪八十年代,计算机视觉的研宄进入鼎盛时期,越来越多的研究者幵始关注这一领域。近年来,在针对几何计算机视觉的研究中,人们提出了通过由多幅图像序列按照不同的理论和算法,可以将三维物体的形状和摄像机的运动状态计算出来,这一概念的提出把射影几何等复杂的数学内容引入到计算机视觉中,从而形成了所谓的“多视图几何较好的描述了视觉中物体的粗细特征,降低了对计算机视觉系统中摄像机参数要求,因此提高了计算机视觉系统对噪声的鲁棒性。在图像三维测量研究中,发达国家的研宄开始的比较早,如美国、德国、加拿大、曰本等,从五十年代计算机视觉系统的较为全面

的提出,这些发达国家经过十多年的科学研究,已经提出了许多比较新颖的测量原理和方法,我国对计算机视觉方面的研究相对较晚一些。现今三维测量方法主要可分为主动式和被动式,主动式主要通过使用专门的光源照射被测物体,例如相位测量法,结构光测量技术等;而被动式主要依靠物体周围的光线,例如摄影测量法等2007年10月24日,我国自主研发的“婦娥一号”绕月人造卫星成功发射,卫星装备有一台三线阵CCD推扫立体相机,该相机的主要功能是为了获取月球表面的三维影像,构建立体相机扫描成像模型。 2. 三维测量方法及其原理 2.1 接触式扫描仪接触式测量是三维面形测量的最为传统的方法，它所采用的典型的装置就是三坐标测量机。它以精密机械为基础，综合了光电技术，计算机技术和数控技术等。三坐标测量机的工作原理是：通过对零件表面点的测量来获得零件形面上零散点的几何信息，然后通过计算，还原出零件形面的几何信息，并在这些信息的基础上，计算出零件中的几何元素尺寸和形位公差。只是随着科技的不断进步，其中的许多方法我们已经不再使用，但是，它们是我们在三维测量领域取得更大发展的坚强基石。在此列出，仅供对三维测量发展历程的了解之需。我们要主要介绍的就是目前应用较多的测量方法和技术，以及与之相关的部分内容。它以精密机械为基础，综合了光电技术，计算机技术和数控技术等。三坐标测量机的工作原理是：通过对零件表面点的测量来获得零件形面上零散

镜面反射物体光学三维测量技术研究

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。

光学三维测量技术与应用

光学三维测量技术 1. 引言人类观察到的世界是一个三维世界, 尽可能准确和完备地获取客观世界的三维信息才能尽可能准确和完备地刻画和再现客观世界。对三维信息的获取和处理技术体现了人类对客观世界的把握能力,因而从某种程度上来说它是体现人类智慧的一个重要标志。近年来, 计算机技术的飞速发展推动了三维数字化技术的逐步成熟, 三维数字化信息获取与处理技术以各种不同的风貌与特色进入到各个不同领域之中 [1]:在工业界, 它已成为设计进程中的一环, 凡产品设计、模具开发等, 无一不与三维数字化测量有着紧密的结合; 虚拟现实技术需要大量景物的三维彩色模型数据, 以用于国防、模拟训练、科学试验; 大量应用的三坐标测量机和医学上广泛应用的 CT 机和 MRI 核磁共振仪器,也属于三维数字化技术的典型应用;文化艺术数字化保存(意大利的古代铜像数字化、中国的古代佛像数字化、古文物数字化保存、 3D 动画的模型建构(电影如侏罗纪公园、太空战士、医学研究中的牙齿、骨头扫描, 甚至人类学的考古研究等, 都可运用三维扫描仪快速地将模型扫描、建构; 而随着宽频与计算机速度的提升, Web 3D的网络虚拟世界将更为普及,更带动了三维数字化扫描技术推广到商品的电子商务、产品简报、电玩动画等, 这一切都表明未来的世界是三维的世界。目前, 有很多种方法可用来获取目标物体的三维形状数据, 光学三维测量技术(Optiacl Three-dimensional Measurement Techniques因为其“非接触”与“全场”的特点,是目前工程应用中最有发展前途的三维数据采集方法。光学三维测量技术是二十世纪科学技术飞速发展所催生的丰富多彩的诸多实用技术之一, 它是以现代光学为基础, 融光电子学、计算机图像处理、图形学、信号处理等科学技术为一体的现代测量技术。它把光学图像当作检测和传递信息的手段或载体加以利用, 其目的是从图像中提取有用的信号, 完成三维实体模型的重构 [2]。随着激光技术、精密计量光栅制造技术、计算机技术以及图像处理等高新技术的发展, 以及不断推出的高

光学三维测量技术综述

光学三维测量技术综述 1．引言客观景物三维信息的获取是计算机辅助设计、三维重建以及三维成像技术中的基础环节，被测物体的三维信息的快速、准确的获得在虚拟现实、逆向工程、生物与医学工程等领域有着广泛的应用[1]。三维测量方法总的包括两大类，接触式以及非接触式。如图 1.1 所示。图1.1 三维测量方法分类接触式的三维测量方法到目前为止已经发展了很长一段时间，这方面的技术理论已经非常完善和成熟，所以，在实际的测量中会有比较高的准确性。但是尽管如此，依然会有一些缺点[2]： (1) 在测量过程中，接触式测量必须要接触被测物体，这就很容易造成被测物体表面的划伤。 (2) 接触式测量设备在经过长时间的使用之后，测量头有时会出现形变现象，这无疑会对整个测量结果造成影响。 (3) 接触式测量要依靠测量头遍历被测物体上所有的点，可见，其测量效率还是相当低的。接触式三维测量技术发展已久，应用最广泛的莫过于三坐标测量机。该方法基于精密机械，并结合了当前一些比较先进技术，如光学、计算机等。并且该方法现在已经得到了广泛的应用，特别是在一些复杂物体的轮廓、尺寸等信息的精确测量上。在测量过程中，三坐标测量机的测量头在世界坐标系的三个坐标轴上都可以移动，而且测量头可以到达被测物体上的任意一个位置上，只要测量头能到达该位置，测量机就可以得到该位置的坐标，而且可以达到微米级的测量精度。但由于三坐标机测量系统成本较高，加之上述的一些缺点，广泛应用还不太现实。非接触式三维测量技术一般通过利用磁学、光学、声学等学科中的物理量测量物体表面点坐标位置。核磁共振法、工业计算机断层扫描法、超声波数字化法

空间三维测量技术的研究

空间三维测量技术的研究 * 张　虎　姚长永　(南京依维柯汽车有限公司车身厂　南京　210028) 叶声华　邾继贵　罗　明　(天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室　天津　300072) 摘要　本文研究了空间三维测量技术,提出了全新的三坐标测量机测量坐标转换方法、建立了经纬仪测量系统、视觉检测系统的数学模型,从而解决了复杂零件、大型工件的现场测量以及生产线的在线快速检测的问题。本文的方法和数学模型已经成功地在实际工作中应用,获得了令人满意的结果。关键词　三维测量　坐标转换　视觉检测　经纬仪 The Study on Spatial 3-D Coordinate Measurement Technology Zhang Hu Yao Changy ong (Body p lant of N A V E CO L td .,N anj ing ,210028) Ye Shenghua Zhu Jigui Luo M ing (S tate K ey L ab .of Pr ecision M easur ing T echnology &I nstruments ,T ianj in U niv er sity ,T ianj in 300072) Abstract This paper studied the techno logy of spatial 3-D coor dinate.T he new 3-D coo rdinate changing metho d is proposed,and tw o m easur em ent sy stem mathem atical models of theodolites and visual inspectio n are established .T his paper solved the pro blems of complex section and w orksho p's lager section and on -line in-spectio n.T he m ethods and theor ies have been successfully applied. Key words 3-D m easur em ent Coor dinate changing Visual inspection Theodolites *本文系国家“863”计划项目,2000年度获江苏省科技进步二等奖。 1　引言三维尺寸测量技术是现代制造业的关键基础技术之一,尤其是汽车制造行业,从冲压模具到焊装夹具直至最终产品的检测,都离不开三维尺寸测量技术,目前三维尺寸的检测手段有三种:三坐标测量机测量、经纬仪测量、视觉检测。这三种检测手段各有优缺点,可取长补短,可实现以往无法实现的检测要求,大大提高现代产品的制造精度。 2　三坐标的空间坐标转换测量技术三坐标测量机目前已在各行各业得到了广泛的应用,其原理众所周知,在此不再详诉。三坐标测量机的测量软件对一些形状复杂、没有特定的测量基准的工件,就无法用测量软件中的建立工件坐标系的方法进行测量,只能用机械找正的方法进行测量,这种方法费时费力且测量精度(特别是重复精度)无法保证。笔者建立了一个全新的坐标转换模型:三点坐标转换法,从而解决了形状复杂、没有特定的测量基准的工件的测量问题。无论零件形状再复杂,都可以找到三个基准点,如定位孔、安装孔等,三点坐标转换法就是用这三个基准点,建立工件坐标系。三坐标测量机有一个固有的由导轨系统决定的机器坐标系O m -X m Y m Z m ,任何三坐标测量都是在三坐标测量机的机器坐标系下进行的,所谓建立工件坐标系O w -X w Y w Z w ,只不过是找到坐标转换关系,再通过这一转换关系将机器坐标系下的测量坐标值换算为工件坐标系下的坐标值。根据空间解析几何知识,有: 第22卷第4期增刊仪　器　仪　表　学　报 2001年8月

光学三维形貌测量技术的分析和应用

－72－科技论坛 1概述非接触光学投影式三维形貌测量技术是获取物体表面形态特征的一种重要手段，是一种逆向工程技术，亦称为反求工程(Reverse En- gineering)，简称RE [1]。由于这种三维形貌测量技术具有速度快、分辨率高和非接触等优点而广泛应用于工程设计、质量控制、医疗诊断和计算机辅助制造等方面[2]。本文以相位测量轮廓术中的光栅投影法为重点，介绍了其测量基本原理、组成以及应用，研究了正弦光栅投影技术和数字图像处理技术，并利用德国GOM 公司生产的Advanced TOpometric Sensor 系列（简称 ATOS ）流动式光学扫描仪是对鼠标进行了测量与分析。实验表明：三维光学形貌测量技术简单实用、测量精度高、便于实现自动测量，是一种较为理想的光学测量方法。 2相位测量轮廓术的基本原理相位测量轮廓术的基本原理如图1所示。 D 点为投射系统出瞳中心，DO 为投影光轴。C 点为成像系统入瞳中心，CO 为探测光轴，设 DC=d 且与xoy 参考面平行。从D 点对E 点投影位置本该落到B 点，但由于物体表面形状调制的原因，在CCD 镜头上则成像于A 点。设 AB=S R (x ，y)，表示偏移量，则E 点的高度为可见只要计算出偏移量，就能得到被测物体表面各点的高度，实现三维轮廓测量，具体计算是采用相移技术。将正弦光栅投影到待测物体表面上，并规定坐标原点O 处系统相位为零，采用四步相移技术，每步，利用 CCD 摄像机分别获得四幅畸变光栅条纹的光强，利用光强关系计算得到E 点相位。再利用光栅直接投影在参考面上的光强关系计算得到A 点相位[3]，它们相位差为若被测物高度远小于L ，则E 点高度，将其代入（2）式则有其中，是可通过对测量系统标定来确定的系数，进而根据相位差可得物体高度。3ATOS 流动式光学扫描仪原理ATOS 系列流动式光学扫描仪是目前国际市场上比较先进的三维扫描设备，该设备采用光栅投影相位测量轮廓技术。其测量系统主要由光学扫描仪和计算机等组成。ATOS 光学扫描仪由两个高分辨率CCD 数码相机和光栅投影仪组成。采用双CCD 的设计目的是实时监测扫描过程中由于振动和环境光线变化对测量精度造成的影响，从而确保扫描精度。由于采用流动式设计和不同视角点云的自动拼合技术，务须移动光学扫描仪，其扫描范围可从10mm 到12m 。不同视角的测量数据依靠粘贴在工件表面上公共的参考点，可自动拼合在统一坐标系内，从而获得完整的扫描数据，对于被参考点覆盖而在工件表面留下的空洞，软件可根据周围点云的曲率变化进行插补[4]。光栅投影仪由光栅和微型步进电机组成。采用不同频率的光栅分别对同一样品进行组合测量，再将测量得到的图像进行合成方法，可以大大提高检测的分辨率和精度。在ATOS 的光栅投影仪内封装的三组频率不同正弦光栅，刻划在同一玻璃基上，如图2所示。通过微型步进电机可随意切换这三组光栅，进行组合测量。4ATOS 的应用ATOS 系统的软件和硬件均采用模块化设计，性能稳定，设备操作简单。图3是光栅在鼠标上的投影，光栅条纹具有较大的光强，良好的景深，具有连续的强度分布及较好的正弦性。由于受鼠标表面形状变化的调制，基准光栅条纹在鼠标表面上产生了畸变，这些畸变条纹就包含了鼠标表面形状的三维信息。利用CCD 摄像机读取畸变条纹，并对图像进行相应的处理，可以得到有关条纹中心线的二维信息，然后根据相应的数学转换模型和重构算法对鼠标轮廓进行重构，得到被测鼠标表面的三维外形数据信息。图4是在鼠标上的投影条纹光强分布图，可以看出是典型的正弦分布。5总结本文主要分析了基于相位测量的光栅投影三维轮廓测量系统的基本原理，并以ATOS 流动式光学扫描仪为例详细介绍了光栅投影三维轮廓系统的正弦光栅投影技术和数字图像处理技术。并利用该设备对实际物体三维面形进行了测量，可以看出相位测量轮廓术具有结构简单、速度快，实用，测量精度高、测量范围大、抗干扰性强和可在线实时测量等优点，是一种较为理想的光学测量方法。参考文献 [1]V.Srinivasan,H.C.Liu,Maurice Halioua.Automated phase -measuring profilometry:a phase mapping approach.Applied Optics,1985,24(2):185-188.[2]潘伟,赵毅,阮雪榆.相移法在光栅投影测量中的应用[J].应用光学,2003,24(4):46-49. [3]康新,何小元.基于正弦条纹投影的三维传感及其去包裹处理[J].光学学报,2001,22(12):1444-1447. [4]任丹,吴禄慎.三维面形位相测量轮廓术的研究[J].南昌大学学报(工科版),2002,3(3):9-12.作者简介：姜洪喜（1976~），男，黑龙江齐齐哈尔人，讲师，硕士，主要从事3D 物体形貌测量和光学梳状滤波器的研究。基金项目：黑龙江省教育厅科学技术研究项目：（编号11531330）；黑龙江省高等教育学会“十一五”规划课题：（编号H115-C729）；黑龙江科技学院青年基金项目：（编号07-16）光学三维形貌测量技术的分析和应用姜洪喜任常愚李海宝任敦亮刘炳胜（黑龙江科技学院，黑龙江哈尔滨150027）摘要：介绍了光栅投影三维光学测量系统的原理、组成及应用。光栅投影法是将正弦光栅投影到被测物体表面上，由高精度CCD 摄像机摄取这些畸变条纹，并利用数字处理技术获得物体表面三维数据。该方法测量精度高、便于实现自动测量，是一种较为理想的光学测量方法。关键词：三维形貌测量技术；光栅扫描；ATOS 系统（1）（2） ,áS x y ,z x y 2 2,á??fS x y áááá ???????á（3） ,2L z x y k d f áá???á

光学三维测量系统标准

VDI/VDE准则2634 第1部分德国工程师协会(VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE，简称VDI ) 德国电气工程师协会(VERBAND DER ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK，简称VDE) 光学三维测量系统，逐点探测成像系统准则内容初步说明（） 1适用范围 2符号参数 3验收检测和复检原则 4验收检测 4.1品质参数“长度测量误差”的定义 4.2检测样本 4.3测量程序 4.4结果评估 4.5等级评定 5检查 5.1测量流程 5.2评估 5.3检测间隔（时效）和报告参考书目

初步说明（概述）光学三维测量系统是一种通用的测量和测试设备。在所有情况下，使用者一定要确保使用中的光学三维测量系统达到所需的性能规格，特别是最大允许测量误差不能超出要求。就长远而言，这只能通过统一的验收标准和对设备的定期复检来确保。这个职责归测量设备的制造者和使用者共同所有。使用价位合理的检测样本且快速简单的方法被各种样式、自由度、型号的光学三维测量系统的验收和复检所需要。这个目的可以通过长度标准和跟典型工件同样方式测量的检测样本实现。本VDI/VDE准则2634的第一部分介绍了评估逐点探测式光学三维测量成像系统的准确性的实用的验收和复检方法。品质参数“长度测量误差”的定义与ISO 10360-2中的定义类似。独立的探测误差测试是不需要的，因为这个影响已经在长度测量误差的测定中考虑进去了。 VDI/VDE准则2634的第二部分介绍了用于表面探测的系统。本准则由VDI/VDE协会测量与自动控制（GMA）的“光学三维测量”技术委员会和德国摄影测量与遥感协会的“近景摄影测量”工作组起草。在联合委员会中，知名用户的代表与来自大学的专门研究光学三维测量系统领域的成员合作。 1适用范围本准则适用于可移动的、灵活的光学三维测量系统，该系统有一

光学三维轮廓测量技术进展

第 35卷第 3期激光与红外 Vol . 35, No . 3 2005年 3月 LASER & I N FRARE D March, 2005 ?综述与评论? 文章编号 :100125078(2005 0320143205 光学三维轮廓测量技术进展李永怀 , 冯其波 (北京交通大学理学院 , 北京 100044摘要 :, , , , 摄影法 , , 。关键词 :; :A Overvi ew of Opti cal 3D Profile M easure ment L I Yong 2huai, FENG Q i 2bo (School of Science, Beijing J iaot ong University, Beijing 100044, China Abstract:An overvie w of s ome main op tical methods are p r ovided on 3D shape measure ment, that is ti m e 2of 2flight, structured light, phase measurement, interfer ometry and phot ogra mmetry . Advantages and li m itati ons are discussed, their current research focus and pers pective trend are p resented . Key words:3D measure ment; op tical method; overvie w 1引言光学三维轮廓测量由于其非接触性、高精度与高分辨率 , 在 CAD /CAE、反求工程、在线检测与质量保证、多媒体技术、医疗诊断、机器视觉等领域得到日益广泛的应用 , 被公认是最有前途的三维轮廓测量方法。

现代光学三维测量原理

现代光学三维测量原理第1章光学三维测量基础知识光学三维测量就是指用光学原理来采集物体表面三维空间信息的方法和技术，与传统的接触式测量相比，它非接触式的。近二十年来，随着光学技术、数字摄像技术及计算机技术的迅速发展，光学三维测量技术也获得了极大的发展，新的理论与方法不断被发现和开发，逐步解决了许多过去阻碍实际应用的问题。在1994年的国际光学学会的以信息光学的年会上，首次将光学三维测量列为信息光学前沿七个主要领域和方向之一。 1.1 光学测量的基本概念 1)光学测量——就是利用光学图像进行的测量，通过图像处理分析对目标的位置、尺寸、形状和目标间的相互关系等参数进行测量。 2)摄影测量——通常不包括利用特殊的光学手段、如全息干涉、栅格线法等进行的光学测量。用航空或卫星照片进行的大地测量则习惯上称为摄影测量。近景摄影测量通常指对几十厘米到几十米距离物体的摄影测量，通常也属三维测量的范畴。 3)光学三维测量——利用光学手段和图像处理分析方法并运用计算机图形学的理论来数字化再现物体的三维形态，在此基础上，从而可获取物体各部分间任意的相互尺寸关系。 1.2 三维光学测量常用的方法光学三维测量的基本方法可以分为两大类：被动三维测量和主动三维测量。被动三维测量采用非结构光照明方式，它根据被测空间点在不同位置所拍摄的像面上的相互匹配关系，来解算空间点的三维坐标。采用双摄像机的系统与人眼双目立体视觉的原理相似，因此，该方法常用于对三维目标的识别、理解，以及位置、形态的分析，即在机器视觉（计算机视觉）领域中广泛应用。主动三维测量采用结构光照射方式，由于三维面形对结构光场的调制，可以从携带有三维面形信息的观察光场中解调得到三维面形数据。这种方法具有较高的测量精度，因此大多数以三维面形测量为目的的三维测量系统都采用主动三维测量方式。结构光通常采用调制过的扇面激光光源和以白光为光源的投影光栅方式，又分别称为激光法三维测量和投影光栅法三维测量。激光光源具有亮度高、方向性强和单色性好，易于实现调制等优点，所以在三维测量领域得到广泛应用；白光光源的结构光照明方式具有成本低、结构简单的优点，特别在面结构光照明的三维测量中得到越来越多的应用。 1.图像分析法（Image Analysis Methods）一个物体在两个不同位置上拍摄图像，通过确定物体同一点在不同像面上的相互匹配关系，来获得物体空间点的三维坐标。由于匹配精度的影响，图像分析法对形状的描述主要是用形状上的特征点、边界线与特征描述物体的形状，故较难精确地描述复杂曲面的三维形状。