光学三维测量技术PPT课件

1、1 概述2 测量原理3 应用4 总结23-02第1页/共23页1 概述光学三维测量技术是集光、机、电和计算机技术于一体的智能化，可视化的高新技术，主要用于对物体空间外形和结构进行扫描，以得到物体的三维轮廓，获得物体表面点的三维空间坐标。随着经济的发展和科技的进步，光学三维测量技术由于非接触、快速测量、精度高的优点在机械、汽车、航空航天等制造工业及服装、玩具、制鞋等民用工业得到广泛的应用，其中三维激光扫描技术发展的最为成熟，应用也最为广泛。23-03第2页/共23页物体三维形状测量接触式测量非接触式测量1 概述物体三维接触式测量的典型代表是三坐标测量机(CMM，Coordinate Measur

2、ing Machine)。非接触式三维测量不需要与待测物体接触，可以远距离非破坏性地对待测物体进行测量。23-04第3页/共23页1 概述图1：三坐标测量机23-05第4页/共23页1 概述物体三维形状测量接触式测量非接触式测量优势灵活性强精度高且可靠测量方便非接触式测量微波技术光波技术超声波技术三角法干涉法飞行时间法23-06第5页/共23页1 概述非接触式测量微波技术光波技术超声波技术适合于大尺度三维测量，爱里斑半径较大，角度分辨率低。光波波长短，角度分辨率和深度分辨率高，三维测量运用最多。可穿透介质实现无损检测探伤，但需耦合介质，限制了用范围。23-07第6页/共23页1 概述光波技术三

3、角法干涉法飞行时间法飞行时间法以对信号检测的时间分辨率来换取距离测量精度，测量系统必须要有极高的时间分辨率，常用于大尺度远距离的测量。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，不适于大尺度物体的检测。最常用的光学三维测量技术，以传统的三角测量为基础，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信息。23-08第7页/共23页2 测量原理1、飞行时间法：23-09第8页/共23页2 测量原理2、干涉法：一束相干光，同过分光系统分成测量光和参考光，利用测量光波和参考光波的相干叠加来确定两束光之间的相位差，从而获得物理表面的深度信息Z(xy).这种测量

4、方法测量精度高，但测量范围受到光波波长的限制，只能测量围观表面的形貌和微小位移，不适于宏观物体的检测。23-10第9页/共23页2 测量原理3、三角测量法：光学三角法是最常用的一种光学三维测量技术，以传统的三角测量为基础，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信息。根据具体照明方式的不同，光学三角法可分为两大类：被动三角法和基于结构光的主动三角法。23-11第10页/共23页2 测量原理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技术双目视觉点光源法点照明1D线探测器2D扫描线光源法线照明2D线探测器1D扫描面光源法面照明2D线探测器不需要扫描

5、相位测量技术如：相位测量轮廓术傅里叶变换轮廓术序列编码技术如：格雷（Gray）编码序列彩色编码技术如：彩色多通道编码实现相移莫尔轮廓如：阴影莫尔投射莫尔23-12第11页/共23页2 测量原理23-13第12页/共23页2 测量原理23-14第13页/共23页3 应用 逆向工程是一种新的制造手段和系统，通过对已有样件或模型的内外轮廓进行精确测量，获得其三维数据，配合计算机软件系统进行曲面重建，并在线精度分析、评价构造效果，重构CAD模型，生成IGES或STL数据，或者生成数控加工NC代码，据此进行快速成型或CNC数控加工，从而大大缩短产品或模具的开发制造周期。利用光学三维测量技术生成的虚拟模型

6、可以实现快速响应设计制造，3D光学数字化系统与CAD/CAM/CAE以及RP&M集成可以构成基于虚拟模型的快速响应的设计和制造系统，主要优点包括：实际物体的准确和完整的模型；提供原始CAD文件格式；曲面造型和参数实体模型；在设计和制造中节省投入的时间和资金。1、逆向工程：23-15第14页/共23页3 应用23-16第15页/共23页3 应用条纹投影的三维成像系统实例23-17第16页/共23页3 应用2、三维人体测量：三维人体测量是以光学测量为基础，使用视觉设备来捕获物体外形，然后通过系统软件来提取扫描数据。其工作流程分为以下四个步骤：1)通过机械运动的光源照射扫描物体；2)CCD摄像头探测

7、来自被扫描物体的反射图像；3)通过反射图像计算人体表面特定点到摄像头的距离；4)通过软件系统转换距离数据产生三维图像。 23-18第17页/共23页3 应用3、医学图像三维表面重建：现代医疗诊断常常需要借助一些辅助设备为诊断提供可靠的、完整的信息，因此，人体组织与器官的三维成像技术在现代临床医学中起着越来越重要的作用.医生可以将重构出的器官图像进行旋转缩放等操作，使医生能够更充分地了解病情的性质及其周围组织的三维结构关系，从而帮助医生做出准确的诊断和制定正确的手术方案。23-19第18页/共23页3 应用3、医学图像三维表面重建：光学三维测量还广泛用于研究面部软组织形态和对称性，比较牙齿的差异

8、，以及外科、骨科用于脊柱及侧凸的检测，假牙假肢的量身定做。如图：生物医学成像实例23-20第19页/共23页3 应用除此之外，光学三维测量技术还可以用于1、虚拟现实（提供虚拟现实系统所需要的大量三维模型数据，展示三维景像，模拟未知环境和模型）；2、文物保护（三维彩色数字化技术能以不损伤物体的手段，获得文物的三维信息和表面色彩、纹理，便于长期保存、再现）等诸多领域。23-21第20页/共23页4 总结光学三维信息获取技术有多种，每种方法各有其产生背景和适用范围，各有优缺点。随着现代计算机技术的飞速进步，计算机图形图像处理、辅助设计、多媒体技术越来越广泛深入地应用于工业、国防、医学、影视业、广告等各个领域，人们经常需要能迅速地获得物体表面的三维信息，将其转变成计算机能直接处理的