表面三维形貌测量方法分析

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1、原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名：二冱堕沙7年，月歹／日学位论文使用授权说明本人完全了解山东大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文和汇编本学位论

2、文(保密论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：导师签名：j衄知罗年，月夕／日山东大学硕士学位论文前言第一章绪论在高质量产品的制造和高效率生产环境的构建中，加工和测量犹如车上的两个轮子，是工业生产的立足点，其起到的作用甚为关键。在计量领域中，几何参数的测量一直是一个重要的研究部分，随着新测量理论的提出和新测量技术的应用，一维、二维(2．D)、三维(3．D)以至高维空间，都成为了人们关注和研究的内容。获取空间三维景物的距离信息是三维成像、三维景物重建和计算机辅助设计中的基础内容，有着广泛的实际应用价值。三维形貌测量作为当今的高新技术之一，在电子学、光电探测、图像处理和计算机技术不断成熟和完善

3、的基础上得到了迅速的发展。三维形貌测量(又称为三维轮廓测量、三维面形测量等)在科研t医学诊断、工程设计、刑事侦查现场痕迹分析、自动在线检测、质量控制、机器人及许多生产过程中得到越来越广泛的应用，同时其测量精度的要求也越来越高。进入九十年代以来，各种硬件和软件技术的发展使得人们不仅能处理二维图像而且开始处理三维图像，许多能获取三维图像的设备和处理分析三维图像的系统研制成功，大大扩展了人们对于客观世界的认识。客观世界在空间上是三维的，但是一般人们从客观景物得到的图像是二维的。一直以来人们都在追求获取客观景物的三维信息的方法，从而实现对三维景物的理解，重现人的视觉系统的某些功能，促进社会物质文明

4、的发展。利用二维投影图像来重构出三维物体的可视部分，是一个重要的研究课题。1．1形貌测量概述目前，随着各种新理论、新方法、新算法、新设备的出现和市场需求的刺激作用，获取三维信息的方法和技术层出不穷，学术思想非常活跃，这些为三维轮廓测量的研究和发展注入了新活力。山东大学硕。}．学位论文1．1．1接触式测量传统的接触式测量方法发展已有几十年，其机械结构及电子系统已经相当成熟，故具有较高的准确性和可靠性，但也存在以下缺点：(1)测量时测量头与被测物之间有接触压力，不当的操作容易损伤被测物体的表面，特别是高精度表面，同时也会使测量头损坏。(2)测量头本身的半径以及接触测量时测量头与被测物体之间发生

5、局部形变会影响测量的精度。(3)接触式测量是以逐点方式进行测量的，所以测量速度慢，尤其在测量较大物体时，非常耗时。三坐标测量机(CoordinateMeasuringMachine，·简称CMM)是接触式三维测量的典型代表。其原理是用采样头的探针接触模型表面，采集一个轮廓的数据，然后横向移动一个间距，采集相邻的轮廓数据，最后构筑整个表面的线框模型。由于测量机的机械结构复杂，对工作环境要求很高，必须防震、防灰、恒温等，使其应用范围受到一些限制。世界各国生产厂家试图用各种高新技术来改善这一情况，世界上著名的相关仪器厂商瑞典的Hexagon集团、美国的FARO法如公司、日本三丰(Mitutoyo

6、)公司等在这方面有成熟的技术和产品开发经验，目前国内也有水平较高的不少公司有此类产品问世，国内的生产技术水平正在迅速提高。1．1．2非接触式测量现有的非接触式测量技术主要有光学测量技术、声学测量技术、电磁测量技术等，而光学测量技术由于具有可快速提供全场信息、分辨率高、应用范围广以及便于实现自动化人工干预测量等优点而被公认为相当有前途的三维轮廓测量方法日51。非接触式三维测量己成为三维测量技术的主流。1．2光学三维形貌测量技术光学三维形貌测量技术是指用光学手段获取物体三维空间信息的方法和技术，主要指获得物体表面三维形状信息的方法和技术，它已经成为人们认识客观2山东大学硕士学位论文世界的重要手

7、段。根据照明方式的不同，光学三维传感可以分为两大类：被动式三维测量和主动式三维测量。1．2．1被动式三维测量在被动式三维测量中，景物的照明由物体周围的光照条件提供，从一个或多个摄像系统获取的二维图像中确定距离信息，形成三维面形数据。被动三维测量方法测量精度低，计算量较大。不适于精密计量，常用于三维目标的识别、理解以及位形分析，但是由于系统简单，数据采集快速、便捷，在机器视觉领域有着广泛的应用。常见的被动三维传感有双目视觉