激光三维轮廓检测技术分析

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1、第一章绪论以检测的柔软或易变形物体，并且不会对物体的表面造成损害pj。PaulJ．Besl(1988)和B．Bidanda(1991)根据照明方式和几何结构关系的不同将视觉检测方法分为两大类：主动视觉(ActiveVision)检测和被动视觉(PassiveVision)检测。其中主动视觉检测是指对所要测量的待测物投射以超声波或者是经过特殊设计的光点、光束或其它有意义的结构光图像，从而取得所需要的待测物的三维资料；被动视觉检测是指系统不需要额外的光源或声源，就在自然光(ambientlight)的照明情况下使用光学检测技术来取得所需要的测量数据。各种非接触式测量技术分类表见表l

2、一1【b】。非接触式测量主动式(active)成像雷达法(imagingradar)。^三角法(avtivetriangulation)Moire条纹法(Moirepatternl聚焦法(foucusing)绕射法(frensneldiffracaon)I激光摄影干涉仪(hologra—phicinterferometry)被动式(passive){单目视觉法(singlep招计I多目视觉法(multipleview)表1．1非接触式测量系统分类表1．2．1主动视觉检测●成像雷达法”“町成像雷达法的测量原理基于飞行时间法(time—of-light)。飞行时间法利用波源发射光波

3、测量信号，计算与待测物体反射来回的时间差决定至一物体之间的距离，藉由发射波和接收波的相位变化，可得到待测物的轮廓深度，也可以利用相位分割的方式提升返回信号的解析度，目前也有配合外差干涉(Heterodyne)技术的激光多普勒位移器(LaserDopplerDisplacementMeter)，精度相当高。这一方法的特点是在大范围内仍可保持较高的精度，但测量速度慢且造价高。●三角法Il””1三角法是目前非接触式测量技术中最为常用的一种方法(GBickeiJ粥5)。其主要原理是在镜头焦距及光源与ccD之间的距离为已知的情况下，配合相似三角形及三角几何关系推导出待测点的位置，再以所获

4、得的点群资料重建出物体的三维轮廓外形。三角法的特点是快速、价位低、且具有较高的解析度。但是它有一个较大的局限性，那就是系统中的各项参数(CCD镜头焦距及CCD与光源间的距离等)必须非常精确的校正出来，否则，在数据重建的计算上会有较大的误差。而对于三角法所牵涉到的大量的参数校正，如何有效且精确的去求取它们，并非一件易事。第一章绪论●Moire条纹法¨””j该方法是光源发出的光线通过一光栅投射到待测景物表面，其反射光回到光栅处与新的发射光产生干涉，从而在接收器上获得Moire条纹。Moire条纹本身可以看成是一种距离的增量编码，通过对Moire条纹的分柝和检测可以获得物体表面的深度

5、图。其系统的精度主要取决于光学光栅精度和图像特征提取精度。●聚焦法【20，”】该方法通过将激光器和接收器(PsD)固定在一个精密三维工作台上，激光器发出光束在被测物体表面形成细小光斑，然后利用位置探测器(PSD)求取光斑大小及位置，再通过闭环控制系统调节三维工作台移动至最佳位置，最后从工作台读取数据并得出结果。其测量精度与三维工作台的移动精度有关，可以达到很高的精度，但是测量速度较慢。1．2．2被动视觉检测·单目视觉法122’27】单目视觉法是将被测物固定不动，利用一台摄像机在不同的位置摄取物体的图像，摄像机的前后移动位移是已知的，或者摄像机固定不动，而被测物体的移动位移是已知

6、的，然后，利用运动图像序列分析的方法求取被测物体的形状尺寸。这种方法仅需要一台摄像机，被广泛用在机器人或机械手臂自导引系统。其系统的精度主要受摄像机或物体位移精度的影响。·双目f多目)视觉法【28~38】双目(多目)视觉法的原理类似于人类视觉成像原理，它采用两台(或多台)位置相对固定的摄像机，取得被测物体的图像对，通过图像处理技巧，建立被测物的几何模型，通过“视差”测量原理，将图像坐标转换到空间坐标，从而获取被测物的三维空间尺寸。这种方法结构简单，可以获得较高的测量精度。目前，这种方法在自动制图、飞机导航、机器人及工业自动化等方面都得到了广泛的应用。1．3课题的研究意义和主要内

7、容在上面介绍的各种测量方法中，目前被国内外的视觉测量系统广泛采用的依然是基于透视投影变换的三角法。因为该方法具有快速、精确、价格便宜且解析度高的特点。但是三角法在使用上存在着一个巨大的缺点，那就是系统的各项定位参数(CCD镜头的焦距及CCD与激光光源之间的距离等)都必须非常精确的标定出来，否则，将会给测基带来极大的误差。而对于这些繁杂的参数标定，有时会显得非常的困难，可能会极大的制约测量的精度。为此，基于神经网络的对映观念，衍生出了一套更为方便的3D视觉系统运算法则——对映函数'法(Mapp