光学测量技术与应用第5章.pdf

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1、光通信工程研究中心光学测量技术与应用——光学三维测量技术王峰2013/5/16光通信工程研究中心光学三维测量技术三维测量概念：三维形状测量是获取物体表面各点空间坐标的技术，得到物体的全部形状信息，形成了三维数字化技术。应用领域：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，广泛应用于(CAD／CAM)、逆向工程(RE)、快速原型(RP)及虚拟现实(VR)等领域。分类：宏观三维形状测量与微观表面三维形貌测量技术2013/5/16光学测量技术与应用－光学三维测量技术2光通信工程研究中心5.1物体宏观三维形状测量技术概述物

2、体三维形状测量主要包括接触式和非接触式测量两大类5.1.1接触式测量典型例子：三坐标测量机(CMM)优点：灵活性强；测量精度高且可靠；高的智能化程度。缺点：测量速度慢、测量体积小、不能测量软质物体、对环境要求较高。2013/5/16光学测量技术与应用－光学三维测量技术3光通信工程研究中心5.1.2非接触测量法——光学三维测量技术非接触式三维形状测量技术微波技术光波技术超声波技术λ=3~30mmλ=0.5~1μmλ=0.1~1mm(10~100GHz)(300~600THz)(0.3~3MHz)三角法干涉法飞行时间法基于几何角度

3、测基于相干光的飞行时基于非相干光的飞行量的深度探测间进行深度探测时间调制的深度测量2013/5/16光学测量技术与应用－光学三维测量技术4光通信工程研究中心1.飞行时间法t0z被测物体t0+Δtzct/2结构简单，但对信号处理系统的时间分辨率有极高的要求，测量精度低。2013/5/16光学测量技术与应用－光学三维测量技术5光通信工程研究中心2.干涉法测量精度高、但测量范围受到光波波长的限制，只能测量微观表面的形貌和微小位移，不适于宏观物体的检测。2013/5/16光学测量技术与应用－光学三维测量技术6光通信工程研究中心3.光学三角法以

4、三角测量为基础，通过待测点相对于光学基准线偏移产生的角度变化计算该点的深度。基于三角测量原理的三维测量技术基于结构光的主动三角法被动三角法数字摄影测量术双目视觉点光源法线光源法面结构光法点照明线照明面照明1-D线探测器2-D探测器2-D探测器2-D扫描1-D扫描不需要扫描2013/5/16光学测量技术与应用－光学三维测量技术7光通信工程研究中心⑴被动三角法不考虑测量系统的具体照明情况，一般采用自然光照明。双目视觉——典型的被动三维测量技术。常用于三维目标的识别、理解以及位形分析等场合。原理：CCD1CCD2优缺点：仿生适应能学力强，监监计

5、算量视视器大，精器度低2013/5/16光学测量技术与应用－光学三维测量技术8光通信工程研究中心⑵主动三角法分类激光逐点扫描法直接三角法光切法莫尔轮廓术光栅投射法相位测量轮廓术(PMP)傅立叶变换轮廓术(FTP)2013/5/16光学测量技术与应用－光学三维测量技术9光通信工程研究中心5.1.3主动宏观三维形状测量技术1.测量系统构成：主要由三部分组成：投影系统、图像接收系统和信息解调系统。投影系统图像接待收系统测表信息解数据面调系统输出2013/5/16光学测量技术与应用－光学三维测量技术10光通信工程研究中心5.1.3主动宏观三维形状

6、测量技术2.三种基本结构照明方式(a)点结构照明(b)线结构照明(c)面结构照明2013/5/16光学测量技术与应用－光学三维测量技术11光通信工程研究中心5.2激光三角法测量物体三维形状5.2.1激光三角法的测量原理'’x’x'AO5'5θx35θ31θ31bα1bb222θ1444aaaθ2θ1θ2参考面3参考面O参考面xBAxx333(a)直射式(b)斜射式(c)斜入射2013/5/16光学测量技术与应用－光学三维测量技术12光通信工程研究中心1.斜射式三角法基本原理'⑴Scheimpflug沙伊姆弗勒条件’xO’A5θ31tan(

7、)tanb123α2θ14⑵待测表面与参考面的距离aθ2参考面'OxaxsincosθBA313x'bsin()xsin()121232013/5/16光学测量技术与应用－光学三维测量技术13光通信工程研究中心2.直射式三角法基本原理⑴Scheimpflug条件x'51θ3tantan232b⑵待测表面与参考面的距离4aθ2'axsin3参考面xx3'bsin2xsin(23)2013/5/16光学测量技术与应用－光学三维测量技术14光通信工程研究中心5.2.2激光线光三维形状测量

8、技术1.测量原理(a)测量仪(b)探测的像激光线光三角测量法2013/5/16光学测量技术与应用－光学三维测量技术15光通信工程研究中心5.2.2激光线光三维形状测量技术2.基本公式(三角法测