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1、第五章激光视觉三维测量技术党学明合肥工业大学仪器科学与光电工程学院引言眼睛是信息的重要途径:获取信息90%以上获取信息主要有:颜色大小远近明暗程度几何光学中的测量几何光学的透镜成像系统引言随计算机技术与CCD技术的发展出现:计算机视觉(ComputerVision)又称机器视觉(MachineVision)应用:航空航大、生物医疗、物体识别、工业自动检测视觉检测(VisionInspection)技术:在计算机视觉理论基础上发展起来的,利用光学成像特性,应用测量领域.特点:非接触、速度快、精度适中、可实
2、现在线,全场应用:工业产品的在线检测。引言视觉检测技术分类:按照明方式和几何结构关系的不同可以划分:主动视觉检测(ActiveVision)结构光,结构光在物体上的准确定位获取信息被动视觉检测(passiveVision)非结构光,不同像面上的相关匹配关系激光视觉检测技术:利用激光做光源来获取结构光的主动视觉检测第一节激光三角法测量原理激光三角法是激光视觉检测技术的基础其原理:数学基础:空间某一平面上的两条直线的方程已知,非平行时,交点可以求出.第一节激光三角法测量原理激光三角法的结构:1.直射式2.斜
3、射式1.直射式θ2.斜射式根据几何光学成像特点:直射式与斜射式比较项目直射式斜射式测量公式接收的光散射光反射光或者散射光,信号好测量位置同一点不同点(可能有误差)分辨率低较高精度/测量范围/体积低大小高小大第一节激光三角法测量原理根据三角法测量原理制成的仪器被称为激光三角位移传感器.其结构组成:一般采用半导体激光器(LD)作光源，功率在5mw左右光电位置探测器对采用PSD或CCD,PSD为非分割型位置探测器，分辨力高，动态响应快，后续处理电路简单，但线性差，需要精确标定传感器的形状及主要特性激光三角位移
4、传感器应用应用于:厚度,变形,形貌,位移等,缺点:点扫描,速度慢第二节激光视觉测量的基本原理激光视觉检测技术:利用激光做光源来获取结构光的主动视觉检测激光视觉传感器:由结构光和CCD摄像机组成的测量装置.结构光的类型:结构光点线多线传感器点结构光传感器线结构光传感器多线结构光传感器产生第二节激光视觉测量的基本原理激光视觉传感器的主要结构:点结构光传感器线结构光传感器多线结构光传感器工作原理成像特点：像的大小，由透镜的焦距，物体的远近决定像的方向，与物体的方向相反。1.若已知像的大小，和透镜到成像面的距离
5、，则物体的最高点的位置为某一条直线上（过光学中心）若采用主动视觉技术，照射光源的方向（线，面，多面的方程）已知），可连立方程，求出实际的物体的位置大小视觉传感器的核心：其数学模型即：CCD像面坐标与测量参考坐标之间的关系数学模型的建立分类：1)完全利用投影变换理论，通过无任何物理意义的中间参数，将图像坐标系与测量参考坐标系联系起来。2)通过具有明确物理意义的几何结构参数，如光学中心、焦距、位置以及方向等，建立图像坐标系与测量参考坐标系的关系：这类方法的模型参数一般分为摄像机内部参数和传感器结构参数两部分
6、，摄像机内部参数指摄像机内部的几何和光学特性，传感器结构参数指图像坐标系相对于测量参考坐标系的位置参数一、摄像机理想透视变换模型三维测量:三维空间坐标←→二维图像坐标P=g(H)P为空间坐标H为图像坐标g为变换矩阵变换过程:物空间坐标→摄像机坐标摄像机坐标→CCD像面坐标CCD像面坐标→计算机图像坐标(像素点位置)①物空间坐标→摄像机坐标②摄像机坐标→CCD像面坐标fxzyoxuZuYuS’③CCD像面坐标→计算机图像坐标(像素点位置)图像坐标与CCD坐标关系像素点距：dx,dy采集时,x向为高速采集,
7、y向慢速采集,x方向一般采用间隔采集CCD上坐标可表示为:摄像机理想透视变换模型λ≠0为比例因子,与ρ相通,与物坐标Zc有关二、实际摄像机模型1、镜头的存在的畸变摄像机镜头是非理想光学系统，存在加工误差和装配误差，物点在摄像机像面上实际所成的像与理想成像之间存在光学畸变误差主要的畸变类型有三种：径向畸变、偏心畸变薄棱镜畸变径向畸变：仅使像点产生径向位置偏差偏心畸变和薄棱镜畸变：使像点既产生径向位置偏差，又产生切向位置偏差⑴径向畸变（Radialdistortion）径向畸变主要是由镜头形状缺陷造成的，它
8、是关于摄像机镜头主光轴对称的。分类:正向畸变又称枕形畸变负向畸变又称捅形畸变(2)偏心畸变(DecenteringDistortion)起因:它主要是由于光学系统光学中心与几何中心不一致造成的，即镜头各器件的光学中心不能严格共线.这类畸变既含有径向畸变．又含有摄像机镜头的主光轴不对称的切向畸变.其数学模型为:式中，a0为最大切向畸变与x轴正向夹角(2)偏心畸变(DecenteringDistortion)将极坐标转化为笛卡尔坐标P1P2为切
