基于結構光的輪廓測量技術研究與應用.pdf

1、基于結構光的輪廓測量技術,屬于機器視覺的一個分支,在過去的三十年中,國內外均有研究,并在理論上取得突破,在實踐中應用也越來越多。這項技術始于20世紀八十年代,德國Mnuich-Karlsfeld的M.A.N光學測量技術中心率先使用光學相移干涉法(PhaseShiftInterferometry,PSI)實現(xiàn)了變形測量和振動分析,開創(chuàng)了光學相移測量的先河。而在1986年,該中心的Dr.Breuckmann研究員將PSI技術引入三維形貌測量

2、,形成了一種新的三維形貌測量技術:相位測量輪廓術(PMP)。自此之后,光學三維測量開始應用于工業(yè)檢測,文物數(shù)字化,逆向工程,快速成形等領域,并廣泛應用。
　　基于結構光的輪廓測量技術,因其非接觸性、自動化程度高、精度高、速度快、數(shù)據(jù)量大、測量靈活性好等特點,已經在市場上取得了商業(yè)上的成功,并顯示出巨大的市場潛力。其非接觸性的特點擁有傳統(tǒng)的接觸式檢測無法企及的優(yōu)勢,而且未來相機,顯卡等硬件性能會越來越好,價格也越來越低,使結構光測量

3、系統(tǒng)的成本下降,使結構光測量系統(tǒng)對比于傳統(tǒng)的接觸式測量技術如三坐標測量機的差距會逐漸縮小。結構光測量技術對應的產品,如德國的GOM系列產品,價格貴,國內的許多中小企業(yè)無力購買。研發(fā)國有產品,提高產品的精度,增加國有產品的競爭力,對我們裝備制造業(yè)會有非常大的促進作用。因此,結構光測量技術市場前景良好,潛力巨大,其研發(fā)對我國的工業(yè)發(fā)展具有十分重要的意義。
　　本文首先對常用的基于結構光的輪廓測量技術進行理論研究與分析,包括相機標定、結

4、構光條紋、相移技術、高度計算、數(shù)據(jù)注冊與處理等。在此基礎上利用外差相位正弦光柵技術和立體視覺原理相結合,開發(fā)出一套高精度的雙目3D測量系統(tǒng)。實驗表明該套系統(tǒng)速度快、精度高、能夠完成復雜自由曲面的測量工作,特別適用于文物造型、工件檢測。測量數(shù)據(jù)密度大、分辨高、自由擴展性好、數(shù)據(jù)完整可靠。
　　其次,本文重點對三維視覺測量理論中的相機標定和結構光條紋進行實驗分析與驗證,比較各種現(xiàn)有理論的特點,為結構光測量系統(tǒng)的開發(fā)提供指導。