光学非接触式三维测量技术.docx

文档介绍：光学三维测量技术及应用
摘要：随着现代科学技术的发展，光学三维测量已经在越来越广泛的领域起到了 重要作用。本文主要对接触式三维测量和非接触式三维测量进行了介绍。着重介 绍了光学三维测量技术的各种实现方法及原理。最后对目前光学三维测量的应用学三维测量方法分类

由于被动式没有受控的主动光源，无需复杂的设备，并且与人类的视觉习惯 比较接近。被动式测量技术主要用于受环境约束不能使用激光或特殊照明光的场 合，或者由于保密需要的军事场合。一般是从一个或多个摄像系统获取的二维图 像中确定距离信息，形成三维面形数据，即单目、多目视觉。当从一个摄像系统 获取的二维图像中确定信息时，人们必须依赖对于物体形态、光照条件等的先验 知识。如果这些知识不完整，对深度的计算可能产生错误。从两个或多个摄像系 统获取的不同视觉方向的二维图像中，通过相关或匹配等运算可以重建物体的三 维面形。当被测目标的结构信息过分简单或过分复杂，以及被测目标上各点反射 率没有明显差异时，这种计算变得更加复杂。
以两个摄像机为例，双摄像机的系统又称为双目视觉系统，双目视觉系统的 几何关系是非常简单明确的，但由于遮掩或阴影的影响，被测物体某些部分有可 能只出现在立体点对的一个观察点上。有时CCD图像传感器由于能量被物体表 面大量吸收而得不到足够的、由物体反射回来的能量，满足对应点匹配计算的候 选点有可能出现假对应。因此，被动三维传感的方法常常用于对三维目标的识别、 理解以及用于位置、形态分析，这种方法的系统结构比较简单，目前在机器视觉 领域应用广泛。立体视觉的基本几何模型如图3囹所示。
双目立体视觉（Stereo Vision）根据同一空间点在不同位置的两个相机拍摄的 图像中的视差，以及摄像机之间位置的空间几何关系来获取该点的三维坐标值。 测量原理如图4［5］所示。一个完整的立体视觉系统通常可分为六大部分，包括：
（1） 图像采集。即通过图像传感器如数码相机等获得图像并将其数字化。
（2） 摄像机标定。就是通过实验和计算得到摄像机内外等参数。
（3） 特征提取。它是指从立体图像对中提取对应的图像特征，以进行后面 的处理。
（4） 图像匹配。它将同一空间点在不同图像中的映像点对应起来，由此得 到视差图像。
（5） 三维信息恢复：由相机标定参数和两幅图像像点的视差关系，求出场 景点的深度信息，把不同的深度信息量化为不同的灰度值来表示，进而恢复景物 的三维信息。
（6） 后处理：因恢复的三维信息有不连续性，所以要对恢复出的三维信息
进行后处理。
图4双目立体视觉三维测量原理
图3立体视觉的基本几何模型
立体视觉法广泛应用于航空测量、机器人的视觉系统中，双目、多目以及多 帧图像序列等立体视觉问题已经成为国际学术研究的重点和热点。

目前，主动式光学三维测量测量技术已广泛用于工业检测、反求工程、生物 医学、机器视觉等领域。例如，复杂的叶轮和叶片的面形检测，汽车车身的检测， 人类口腔牙型测量，整形外科效果评价，用于制鞋CAD的鞋楦三维数据采集， 各种实物模型的三维信息记录与仿形等。三维高速度、高精度测量技术将随着测 量方法的完善和信息获取与处理技术的改进而进一步发展，在新的更加广阔的研 究和应用领域中发挥重要作用。
主动式光