光学三维测量资料名师优质课获奖市赛课一等奖课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本幻灯片资料仅供参考，不能作为科学依据，如有不当之处，请参考专业资料。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本幻灯片资料仅供参考，不能作为科学依据，如有不当之处，请参考专业资料。,光栅投影三维测量技术,第1页,光学三维测量,三维测量技术大致分为接触式与非接触式两类,接触式测量基本上在坐标测量机,(Coordinate Measuring Machine,，,CMM),上进行。坐标测量机是一个大型精密三坐标测量仪器，能够对含有复杂形状工件空间尺寸进行测量。非接触式测量技术基于光学原理，含有,高效率、无破坏性、工作距离大等特点,，能够对物体进行静态或动态测量。这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，缩短产品研制周期，大大提升产品质量，因而倍受人们青睐。,第2页,光学三维测量,光学测量是光电技术与机械测量结合一门研究。光学测量主要应用在当代工业检测。借用计算机技术，能够实现快速，准确测量。方便统计，存放，打印，查询等等功效。,第3页,光学三维测量,伴随当代检测技术进步，三维测量技术逐步成为人们研究重点，尤其是伴随激光技术、计算机技术以及图像处理技术等高新技术发展，使得光学式三维测量技术得到广泛应用。,第4页,光学非接触式三维测量技术,光学式非接触式三维测量技术依据获取三维信息基本方法可分为两大类：,被动式,与,主动式,两大类。,被动式是在,自然光,(,包含室内可控照明光,),条件下，经过摄像机等光学传感器摄取二维灰度图像获取物体三维信息。,主动式是利用特殊受控,光源,(,称为主动光源,),照射被测物，依据主动光源已知结构信息（几何、物体、光学,),获取景物三维信息。,第5页,光栅投影三维测量技术,光栅投影三维测量技术是一个,主动式非接触,三维测量技术。,光栅投影三维测量技术以当代光学为基础，融光电子学、图像图形处理、计算机控制、机器视觉等技术为一体，在工业生产控制与检测、机器人视觉、空间遥感、医学诊疗以及社会安全等很多领域含有广泛应用前景。,它基本原理是用计算机产生正弦投影条纹，经数字投影仪投射到物体表面，条纹经物体表面调制产生变形，用,CCD,摄像机将变形条纹拍摄下来，再利用计算机进行相位场提取、相位恢复，得到绝对相位值，最终经系统标定、坐标变换可得物体表面三维数据。,第6页,光栅投影三维测量技术,第7页,光栅投影三维测量技术,摄像机和光栅投影相关参数：,光心,O,p,和,O,c,、两光心之间距离,成像平面和投影光栅,摄像机坐标、参考坐标,PP,，,P,h,第8页,光栅投影三维测量技术,P,h,在未放置物体时，假设由投影仪射出一束光线投射于参考面上点；当放置被测物体后，该入射光线投射点变为物面上点。从摄像机角度观察，被物面进行高度调制后，光线从原点移至点。可了解为线段中带有高度信息，只要能够从摄像机所拍摄图像中解算出高度，并将该过摆扩展到整个平面上全部点，即可得到高度矩阵,hx,y,第9页,光栅投影三维测量技术,摄像机和光栅投影相关参数：,依据相同三角形原理,式中公点,B,到点,A,位移能够经过被调制光栅图像相位来求得。当原参考面上,B,点变为,A,点时，对应地，,B,点对应光栅条纹相位 也变为,A,点处相位 。位移,BA,包含了包含了物体表面上点高度信息（即），,BA,能够经过下式求得,P,h,l-h,第10页,数字光栅投影技术原理,摄像机和光栅投影相关参数：,P,h,l-h,所以,相位重建方法恢复绝对相位,第11页,光栅投影三维测量技术,软件系统组成：,第12页,光栅投影三维测量技术存在问题,当前，仍存在以下几个问题,:,1,）阴影和盲区问题,测量受被测物表面散射特征限制，必须满足“光线所及（光线能照到,),和视线所及,(,能被观察到,)”,两个条件，对于光线不可及或视线不可及地方，形状测量则无法实现，出现阴影和盲区问题。,2,）表面不连续问题,当表面不连续时，条纹相对级次不确定，就会造成解调相位不准确。,第13页,光栅投影三维测量技术存在问题,3,）图像预处理,4,）相位去包裹,经过相移法求得相位值都是折叠在,-+,主值区间，必须对相位进行去包裹,(Phase unwrpping),处理，正确地恢复出被折叠,2n,才能求得真实相位值。,5),大曲面测量,6),系统测量精度,因为测量系统像差效应、透镜畸变效应、,CCD,非线性效应及图像采集板量化效应等，都会给相移测量法带来很复杂非线性系统误差，这些原因都降低了相移测量法测量精度。,第14页,数字条纹投影三维测量技术可研究方向,一,.,提升光栅投影三维测量精度,欧 美 一 些 国 家 以 及 日 本 在 光 学 三 维 测 量 技 术 方 面起 步 比 较 早。近年内相继推出了不一样型号测量系统,国内清华大学,，,上海交通大学、西安交通大学、,东南大学,等多所高校也在跟踪、消化、吸收国外先进技术基础上,对结构光测量技术进行了系统研究,。国内当前国内在光栅投影三维测量最高精度可达,0.008mm,，但测试视场较小在,100X75mm,范围内，依然含有深入提升空间。,第15页,光栅投影三维测量技术可研究方向,一,.,提升光栅投影三维测量精度,意义,1.,激光扫描三维测量耗时长，精度普通,2.,市面上,3D,相机即使精度高,um,级,价格昂贵,3.,3.,采取了正弦光栅投影和相移技术，能以较低廉光学、电子和数字硬件设备为基础，以较高速度和精度获取和处理大量三维数据。,第16页,光栅投影三维测量技术可研究方向,提升光栅投影三维测量精度,15X15mm,第17页,光栅投影三维测量技术可研究方向,二,.,提升光栅投影三维测量速度,-,实时性,年德国研究人员结合几何光学中平行光轴系统，提出结合三步相位移算法进行实时三维测量，测量速度高达,30frame/s,。,年提出基于投影仪散焦快速三维光学测量方法，实现了速度到达,667frame/s,非在线测量,K.L,提出基于双频光栅快速实时三维测量，实时测量,120frame/s,在军工、安防、电子行业产品检测含有主要应用价值,第18页,光栅投影三维测量技术可研究方向,三,.,处理数字条纹投影三维测量技术存在问题,1.,阴影和盲区问题,2.,表面不连续问题,3.,图像预处理,4.,相位去包裹,5.,大曲面测量,6.,系统测量精度,第19页,谢谢观赏！,第20页,