高动态范围光亮表面的结构光三维形貌测量方法研究与实现

光学测量技术在微结构表面形貌分析中的应用研究一、前言微结构表面形貌分析一直是一个重要的领域，该领域与工业、生产等行业息息相关。

在微结构表面形貌分析中，光学测量技术是一种重要的手段。

光学测量技术借助光线的传播、反射、折射等特性，通过对光线的测量，可以准确地获取微结构表面形貌数据，并进行可视化处理。

本文将讨论光学测量技术在微结构表面形貌分析中的应用，包括测量原理、实验设计及实验结果分析。

二、光学测量技术原理及分类光学测量技术是利用光的物理特性进行测量的技术方法，可以测量出物体的尺寸、形状等参数。

光学测量技术主要分为接触式和非接触式两种。

1. 接触式测量法接触式测量法是通过物理接触来测量物体的尺寸和形状。

接触式测量法主要应用于微小尺寸测量，例如测量微观构造中涂层的厚度和涂层形状等。

接触式光学测量法包括表面粗糙度测量、形貌测量和轮廓测量等。

2. 非接触式测量法非接触式测量法是不通过物理接触来测量物体的尺寸和形状，可以对大尺寸、复杂形状、高要求的物体进行测量和表征。

非接触式光学测量法主要包括像散技术、白光干涉技术、相移技术、激光干涉技术等。

三、光学测量技术在微结构表面形貌分析中的应用光学测量技术在微结构表面形貌分析中已经得到了广泛应用。

下面将分别就像散技术、白光干涉技术、相移技术、激光干涉技术等几种常见的非接触式光学测量技术，介绍其在微结构表面形貌分析中的应用情况。

1. 像散技术像散技术是通过在正交方向上旋转一个微透镜的意大利式显微镜，然后测量被测试物在不同方向上的消失对比。

这种技术可以在大范围内进行测量，具有量测简便、测量范围大、适应性好的优点。

目前，像散技术主要应用于晶格结构、粗糙表面的研究。

2. 白光干涉技术白光干涉技术利用光源发出的白色光经过衍射和反射的过程产生干涉光条纹。

通过分析干涉光条纹，可以获取测试物的形状信息。

白光干涉技术比起单色光干涉技术具有测量范围宽、对表面粗糙度的要求低等优点。

3. 相移技术相移技术是一种通过调整干涉光束间的相位差来实现形貌测量的技术。

浅谈光学三维测量技术光学三维测量属于非接触式光学面形测量方法，能快速准确测量出物体的表面形状，被广泛地应用在机械、电影等领域。

文章概述了光学三维测量技术的分类，介绍了几种常见的光学测量技术及其在各个领域的应用。

标签：光学三维测量；三维激光扫描；面结构光光学三维测量是指运用光学方法获取物体表面的三维立体坐标的技术。

光学三维测量利用现代光学技术成就，结合光电子学、计算机图像处理等学科成就发展起来的一种先进测量技术。

1 光学三维测量的分类图1 光学三维测量技术分类图光学三维测量技术按测量原理可以分为摄影测量方法、结构光技术和光学干涉方法。

摄影测量法是基于多视角的非主动式测量方法。

在普通照明（阳光、日光灯）情况下，由摄像头获取多视角物体图像，利用计算机查找多幅图像的同态标记点，进而获得物体的表面形貌。

结构光技术通过不同宽度且明暗相间的结构光照射被测物体表面，获取到的经物体调制的图像，再经过计算获取物体的立体形貌信息。

光学干涉法是利用干涉原理进行测量，具有高精度、高分辨率等优点。

以下介绍几种常见的光学三维测量方法。

图2 三维激光扫描工作原理图三维激光扫描技术根据光学三角形测量原理，以激光作为光源，光电探测器接收反射光，通过对采集到数据进行计算得到物体的深度信息。

三维激光扫描仪包括发射器和接收器。

发射器射出一束脉冲激光，激光经过物体表面漫反射，沿相同路线射入接收器。

由脉冲激光发射到反射被接收的时间tL可计算出扫描点到扫描仪的距离值S。

扫描仪内精密测量系统获取每个激光脉冲的水平方向角α和垂直方向角度β。

依据上述数据计算出扫描点的三维空间坐标（XP、YP、ZP）[1]。

双目视觉技术属于摄影测量方法，是通过视差原理被动测量三维数据的技术。

双目视觉技术测量物体三维形貌的原理是，从两个或以上的视角去观察一个物体，获得多张不同视角下物体的二维图片，根据三角测量原理得出同一个像素点的坐标偏差，以此获得测量物体的三维形态。

相移条纹投影三维形貌测量技术综述毛翠丽;卢荣胜;董敬涛;张育中【摘要】结构光三维形貌测量系统目前得到了越来越广泛的应用和研究,相移条纹投影三维形貌精密测量技术是其重要的发展方向.对结构光相移条纹投影三维形貌测量系统的应用发展、工作过程、不同系统构成方式、相移条纹的各种形式及特点、相位误差校正方法、不同相位解包裹算法及其优缺点和适用场合、测量系统数学模型的实现方法及其相应的优缺点、高动态范围测量技术等进行了详细的分析.对相移条纹投影系统的工作流程、实现方法、关键技术的发展及其存在问题等进行了比较全面的梳理,为三维形貌精密测量技术进一步满足先进制造中更高精度的要求指出了后续的研究方向.【期刊名称】《计量学报》【年(卷),期】2018(039)005【总页数】13页(P628-640)【关键词】计量学;三维形貌测量;相移轮廓术;相移条纹;相位解包裹;误差修正【作者】毛翠丽;卢荣胜;董敬涛;张育中【作者单位】合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,安徽合肥230009;南阳理工学院机械与汽车工程学院,河南南阳473004;合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】TB92;TP391.41 引言光学三维形貌测量技术在工业三维测量、文物保护、逆向工程、质量控制、医疗诊断等众多领域中具有广泛的应用，随着计算机技术、投影技术、激光技术、数字图像获取设备等的快速发展，多种光学三维测量技术已经进入商业应用阶段，同时各种新的三维测量方法还在不断涌现。

光学三维测量方法是通过运用适当的光学和电子仪器非接触地获取被测物体形貌的方法和技术[1～2],主要分为被动三维测量和主动三维测量方法。

被动三维测量技术无需辅助的结构光照明设备，直接从多视角二维图像序列中提取物体的三维信息。

摘要随着光学三维传感技术的广泛应用，其精度要求也日益变得苛刻。

面结构光三维测量技术以其高速、高精度、非接触等优点备受关注，它是一种主动的非相干光学三维传感技术。

面结构光三维测量技术是通过向物体投射面结构光，然后获取被待测物体表面三维面形调制后的图像，解调出待测物体的相位信息，最后通过相位与高度关系可以得到物体表面的三维形貌数据。

相位测量的精度直接影响物体重建面形的测量精度，因此相位精度问题是面结构光三维测量中的关键问题之一，是研究热点与难点。

本文主要围绕相位测量轮廓术与相位测量偏折术的高精度测量展开研究。

论文的主要研究内容包括：1.面结构光三维测量系统相位精度影响因素分析；阐述了相位测量轮廓术与相位测量偏折术这两种测量技术的基本原理、相位解调算法、相位展开算法以及高度重建算法等，分析了面结构光三维测量相位测量精度的影响因素，主要包括：相位解调算法与相位展开算法等导致的噪声问题、系统的随机噪声、由于相位测量轮廓术系统中其他点的镜面分量引起的多次反射问题、系统非线性Gamma效应引起的相位非线性误差等。

这些因素将导致相位测量不准确，降低测量精度。

2.面结构光三维测量中多次反射消除方法的研究分析；研究分析了相位测量轮廓术中存在的多次反射问题。

首先分析了相位测量轮廓术中多次反射问题存在的原因与影响，采用基于高频编码正弦条纹的方法，将相位误差降低了1.3倍，减小了相位测量轮廓术测量系统中多次反射对相位的影响，提高了相位测量精度。

3.面结构光三维测量中非线性误差的消除；本文着重阐述了系统非线性Gamma效应对相位测量精度的影响，并分析比较了相位测量轮廓术与相位测量偏折术中非线性的差异。

分析了预先畸变条纹补偿法与基于三次样条插值的光强补偿法两种方法，基于此提出一种基于线性拟合的相位误差补偿方法。

通过仿真与实验结果分析，证明了该方法的有效性与可靠性，该方法将非线性相位误差降低了20倍。

此外，本文还将几种补偿方法进行了实验分析对比，实验结果表明：基于三次样条插值的光强补偿法补偿效果最差，非线性相位误差降低了5倍，本论文提出的方法补偿效果最佳，大大降低了非线性相位误差。

物理实验技术中的表面形貌与结构表征方法与实验技巧导语：在物理学中，对于材料的表面形貌与结构的表征是十分重要的。

通过对材料表面形貌与结构的研究，我们可以深入了解物质的性质和行为，为材料设计和应用提供有效的依据。

本文将介绍一些在物理实验中广泛使用的表面形貌与结构表征方法和实验技巧。

一、光学显微镜光学显微镜是一种通过光线对材料进行表面形貌观察的常用工具。

它可以通过调节物镜和目镜的放大倍数，实现对不同尺度的表面形貌观察。

在使用光学显微镜时，一些实验技巧可以提高观察效果。

首先，要将待观察的材料放置在平整的载玻片上，避免形成影响观察的倾斜和凹凸不平的表面。

此外，如果观察透明材料，可以使用倾斜角度来获得更多信息。

二、扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜是一种高分辨率的表面形貌观察工具，具有优秀的空间分辨率和深度感。

它通过扫描电子束在材料表面来观察样品的表面形貌。

在使用SEM进行观察时，一些实验技巧可以提高图像质量。

首先，样品的准备非常关键。

应该确保样品表面的平整度，并避免存在尖锐的边缘，以免损坏电子束发射源。

其次，合适的电子束发射电流和加速电压也会影响观察效果。

正确选择这些参数可以得到清晰、高对比度的图像。

三、透射电子显微镜（TEM）透射电子显微镜是一种观察材料内部结构和纳米尺度表面结构的强大工具。

TEM利用电子束穿透样品，通过探测电子束的散射来提供高分辨率的图像。

在使用TEM进行观察时，需要一些实验技巧来保证观察效果。

首先，样品制备非常重要。

样品应该被制成薄片，以保证电子束能够穿透并获得高分辨率图像。

其次，选择合适的对比度增强剂可以提高图像质量。

最后，通过控制透射电镜的衍射模式和聚焦，可以进一步改善图像质量和观察效果。

四、大角度X射线散射（SAXS）大角度X射线散射技术可以用来表征材料的纳米尺度结构。

通过利用X射线与材料相互作用产生的散射模式，可以获得材料内部的结构信息。

在进行SAXS实验时，需要注意一些技巧来提高实验效果。

三维光学测试系统应用技术研究一、三维光学测试系统的原理和特点三维光学测试系统是通过光学镜头对被测物体进行扫描和成像，利用光学测量原理来获取被测物体的三维形貌和表面特征的一种测试技术。

与传统的接触式测量系统相比，三维光学测试系统具有以下的特点：1. 高分辨率：三维光学测试系统可以实现微米甚至纳米级的分辨率，能够捕捉到被测物体表面的微小细节和变化。

2. 高精度：由于采用了非接触式测量的方式，能够避免传统接触式测量系统中由接触误差引起的测量误差，具有更高的精度。

3. 多功能性：三维光学测试系统可以对不同形状和材质的物体进行测试，能够适用于多种复杂的测量场景。

4. 高效率：采用了自动化的扫描和成像技术，可以快速获取被测物体的三维形貌和表面特征，提高了测试效率。

5. 无接触式测量：避免了传统接触式测量中可能对被测物体造成的损伤，保护了被测物体的完整性。

二、三维光学测试系统的应用领域1. 航空航天领域：在航空航天领域，对于航空器件和发动机等部件的表面质量和形状精度要求非常高，三维光学测试系统可以帮助工程师对这些部件进行高精度的三维形貌和表面特征的测量。

2. 汽车制造领域：在汽车制造领域，对于汽车外观造型和零部件的精度要求也很高，三维光学测试系统可以帮助汽车制造商对汽车外观和零部件进行精确的测量和检验。

3. 电子器件领域：在电子器件领域，对于微型电子元件和电路板的制造和质量控制同样需要高精度的测试系统，三维光学测试系统可以帮助电子行业提高产品的质量和生产效率。

4. 医疗器械领域：在医疗器械领域，对于医疗器械的外形和表面特征的控制也非常严格，三维光学测试系统可以帮助医疗器械制造商对产品进行精确的质量检验。

5. 其他领域：除了上述几个领域之外，三维光学测试系统还可以应用于船舶制造、建筑工程、文物保护、地质勘探等各种领域的测试和检测工作。

三、三维光学测试系统的应用技术1. 光学测量方法：三维光学测试系统主要采用了相位测量和结构光投影两种主要的光学测量方法。

基于数字光栅投影的结构光三维测量技术与系统研究一、本文概述随着计算机视觉和光电技术的快速发展，三维测量技术在许多领域，如工业制造、生物医学、文化遗产保护以及虚拟现实等，都展现出了巨大的应用潜力。

其中，基于数字光栅投影的结构光三维测量技术以其高精度、高效率、非接触性等优点，成为了研究的热点。

本文旨在深入探讨这种技术的原理、系统构成以及在实际应用中的优势和挑战，以期为相关领域的科研和工程实践提供理论支持和实践指导。

本文将详细介绍基于数字光栅投影的结构光三维测量技术的基本原理，包括数字光栅投影的原理、结构光的生成与编码、以及相机与投影仪的标定等。

文章将构建一个完整的结构光三维测量系统，包括硬件选择和配置、软件系统设计和实现等，并对系统的性能进行评估。

本文还将探讨该技术在不同应用场景下的适用性和限制，如动态物体的测量、复杂表面的处理等。

本文将总结基于数字光栅投影的结构光三维测量技术的发展趋势和前景，分析当前存在的技术瓶颈和挑战，并提出相应的解决方案。

通过本文的研究，期望能为结构光三维测量技术的进一步发展和应用提供有益的参考和启示。

二、结构光三维测量技术基础结构光三维测量技术是一种非接触式的三维重建方法，它利用结构光编码和解码的原理，通过对物体表面投射特定的光栅条纹，结合摄像机获取的图像信息，实现物体表面的三维形态重建。

结构光三维测量技术以其高精度、高效率、易操作等优点，在机器视觉、逆向工程、质量检测等领域得到了广泛的应用。

结构光三维测量技术的基本原理是将特定的光栅条纹投影到物体表面，这些条纹在物体表面形成特定的变形。

摄像机捕捉到变形后的条纹图像后，通过解码算法提取出条纹的变形信息，进而恢复出物体表面的三维形态。

其中，光栅条纹的生成和投影是结构光三维测量的关键步骤，常见的光栅条纹有正弦条纹、二值条纹等。

在结构光三维测量系统中，摄像机和投影仪是两个核心组件。

摄像机负责捕捉投影到物体表面的条纹图像，而投影仪则负责生成并投影光栅条纹。

面结构光三维测量的原理面结构光三维测量是一种常用的非接触式三维测量方法，可以通过投射结构光对被测物体进行三维重建。

其原理基于三角测量原理和结构光原理。

首先，我们来看三角测量原理。

三角测量是利用三角形的几何关系来测量物体的位置、距离和形状的方法。

在面结构光三维测量中，主要使用的是空间三角测量，即通过计算被测物体表面上的某一点在相机和投影仪之间形成的三角形，从而求解出该点在空间中的坐标。

其次，结构光原理也是面结构光三维测量的基础。

结构光是指将光源发出的光束经过特殊处理（例如透镜、投影仪等），在被测物体表面上形成一定的光模式。

这个光模式可以是条纹、点阵等。

当这些光模式照射到被测物体表面上时，会发生光的反射、散射和折射等现象，形成一系列特定的影像。

通过对这些影像进行分析处理，就可以得到被测物体表面上各点的三维坐标信息。

基于以上两个原理，面结构光三维测量通常可以分为三个步骤：投影、成像和三维重建。

在投影阶段，投影仪将事先计算好的结构光模式投射在被测物体表面上。

这些结构光模式可以是一组条纹、点阵或者其他形式的光模式。

在投影过程中，需要注意光源、投影仪和被测物体之间的相对位置关系，以及选用适当的光源和投影仪。

在成像阶段，使用相机对投影在被测物体表面上的结构光进行拍摄。

相机接收到被测物体上反射、散射或折射的结构光，将其转换为数字图像。

在三维重建阶段，通过对拍摄到的图像进行处理，可以恢复出被测物体表面上各点的三维坐标信息。

常用的处理方法包括相位偏移法和立体匹配法。

相位偏移法是利用结构光模式的相位信息来计算物体表面上各点的三维坐标。

结构光模式的相位信息可以通过对连续几幅图像进行相位移动来获取。

通过分析这些图像的亮度变化和相位变化，可以计算出物体表面上各点的三维坐标。

立体匹配法是将投影仪和相机之间的相对位置关系转换为立体视觉问题，通过分析图像中的纹理、颜色、边缘等特征，寻找相应的匹配点对，从而恢复出物体表面上各点的三维坐标。

结构光三维测量原理
结构光三维测量是一种基于光学原理的三维测量技术，其原理是利用光源和相机对被测物体进行扫描，通过对扫描数据的处理，得出被测物体的三维形状和表面信息。

在结构光三维测量中，常用的光源包括激光、LED灯等，而相机则可以是CCD相机、CMOS相机等。

通过将光源发出的光线投射到被测物体表面上，形成灰度条纹或彩虹条纹，相机拍摄下来的图像中，条纹的变形、位移等信息可以反映出被测物体表面的形状信息。

在数据处理方面，结构光三维测量主要通过图像处理算法来分析和提取图像中的条纹信息，然后通过三角剖分等方法将这些信息转换成三维模型。

结构光三维测量具有非接触、快速、高精度等优点，广泛应用于工业、医疗、文化遗产保护等领域。

同时也存在一些限制，如受到环境光照条件、被测物体表面颜色等因素的影响，需要进行一定的预处理和校正。

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结构光三维测量
结构光三维测量是一种常用的三维视觉测量方法，通过投射光栅或编码图案到被测物体上，利用相机捕捉物体上的图案形变，进而计算出物体的三维形状和尺寸。

本文将从原理、应用和发展趋势三个方面来介绍结构光三维测量技术。

一、原理
结构光三维测量的原理基于三角测量原理和光学投影原理。

在测量过程中，通过投射光栅或编码图案到被测物体上，形成了一系列光栅或编码的图案。

被测物体表面的几何形状会导致光栅或编码图案的形变，相机捕捉到这些图案后，利用图像处理和计算机视觉算法，可以计算出物体表面的三维坐标信息。

二、应用
结构光三维测量技术在许多领域中得到了广泛的应用。

首先是工业制造领域，可以用于产品的质量检测、尺寸测量和形状分析等。

其次，结构光三维测量技术在文化遗产保护和数字化建模方面也有重要应用，可以实现对古建筑、雕塑等文物的三维重建和保护。

此外，该技术还可以应用于生物医学领域，如医疗影像重建、牙科扫描等。

三、发展趋势
随着科技的不断进步，结构光三维测量技术也在不断发展。

首先是测量精度的提高，通过改进算法和传感器技术，可以实现更高精度
的测量。

其次是测量速度的提升，可以实现实时快速的三维测量，适用于大规模生产线上的应用。

此外，结构光三维测量技术还与其他技术相结合，如深度学习、虚拟现实等，实现更广泛的应用。

结构光三维测量是一种重要的三维视觉测量技术，具有广泛的应用前景。

通过投射光栅或编码图案，结合图像处理和计算机视觉算法，可以实现对物体表面的三维形状和尺寸的测量。

随着技术的不断发展，结构光三维测量技术在各个领域中将会有更广泛的应用。

线结构光三维自动扫描系统关键技术的研究1. 本文概述随着现代工业的快速发展，三维测量技术在制造业、文化遗产保护、生物医学等领域扮演着越来越重要的角色。

线结构光作为一种高精度、高效率的三维测量方法，受到了广泛关注。

本文旨在深入研究线结构光三维自动扫描系统的关键技术，以推动该技术的进步和应用。

本文将介绍线结构光三维扫描系统的基本原理和工作流程，阐述其在三维测量领域的优势和应用前景。

接着，重点分析系统的关键技术，包括线光源的设计、图像采集、三维重建算法、系统标定以及误差补偿等方面。

在此基础上，本文还将探讨当前技术存在的问题和挑战，提出相应的解决方案和改进措施。

为了验证所提出技术的有效性，本文将设计一系列实验，通过对比实验结果，展示改进后系统的性能提升。

本文将对线结构光三维自动扫描系统的未来发展趋势进行展望，指出潜在的研究方向和应用领域。

通过本文的研究，期望为线结构光三维扫描技术的发展提供理论依据和实践指导，促进相关领域的技术进步和产业升级。

2. 线结构光三维扫描原理线结构光三维自动扫描系统的基本原理是利用具有周期性亮度调制的光源和具有精密定位和运动控制系统的线阵CCD相机。

在扫描物体时，系统会发射一系列的结构光纹。

随着扫描仪相对于物体的位置移动，线阵CCD相机接收到由扫描物体表面反射回来的结构光信息。

通过特殊的算法将这些信息处理和分析，从而将三维空间内的信息还原到计算机中。

线结构光三维自动扫描系统可以实现大范围、高精度的三维扫描，特别适用于曲面复杂的物体。

在工业设计、医学、文物保护等领域，这种技术都扮演着重要的角色。

例如，在模具设计、雕塑制作和文物保护中，线结构光三维自动扫描系统可以用于获取物体的精确三维模型，以便进行进一步的分析、修复或复制工作。

3. 线结构光三维扫描系统设计线结构光三维扫描系统的设计基于光学测量原理，通过投射线结构光到被测物体表面，并利用相机捕捉因物体表面不规则而产生的光变形，进而计算出物体表面的三维信息。

结构光三维成像技术结构光三维成像技术是一种通过使用投射光模式来测量目标物体表面形状和纹理的技术。

它是一种非接触式的三维成像技术，广泛应用于机器人、计算机视觉、虚拟现实、医疗等领域。

这种技术基于投射特殊编码的光斑或图案到目标表面上，并利用相机或传感器来捕捉光斑的形变或位移，从而计算出目标物体的三维形状。

1.光源投射：首先，一个结构光投影系统使用光源产生一种特殊的光模式，如光斑或编码图案。

这个光模式会在目标物体上投射一个特定的模式。

2.光斑形变：目标物体表面的形状和纹理会导致光斑在目标表面上发生形变或位移。

光斑的形变可以在目标物体表面上生成一系列有用的信息。

3.形变采集：使用相机或传感器来捕捉光斑在目标物体表面上的位置变化。

这个步骤通常涉及对相机或传感器进行准确、高速度的数据采集。

4.数据处理：采集到的数据将经过一系列的处理步骤，包括光斑匹配、三角测量和表面重建。

这些步骤将根据光斑的变化计算出目标物体的三维形状。

结构光三维成像技术有许多优势。

首先，它可以提供高精度和高分辨率的三维表面测量。

它可以测量复杂物体的形状、尺寸和纹理，包括不规则形状、弯曲表面和透明物体。

其次，它是一种非接触式的测量技术，可以在没有物理接触的情况下进行测量，减少了对目标物体的破坏。

此外，结构光三维成像技术还具有实时性和高速度的特点，可以快速捕获和处理大量的数据。

然而，结构光三维成像技术也存在一些挑战和限制。

例如，它对目标物体和环境的光线条件非常敏感。

光线的强度、方向和环境的照明条件都可能影响测量结果的准确性。

此外，目标物体的反射率和表面特性也可能对测量结果产生影响。

需要注意的是，在光斑形变的过程中，一些情况下会发生光斑遮挡或重叠，导致数据处理中的错误。

结构光三维成像技术在许多领域有广泛的应用。

在制造业中，它可用于产品设计和质量控制。

在医疗领域，它可以用于牙齿模型、面部重建和手术模拟。

在机器人和自动化领域，它可以用于导航、目标识别和物体抓取。

面结构光在三维测量中的应用技术研究刘新宇【摘要】结构光测量技术具有非接触、精度高、速度快、应用广等优点,是三维测量领域中重点发展的方向之一.对比3种不同形式的结构光,采用基于三角法原理的面结构光对待测物体进行三维测量,数据采集得到待测物体单幅点云,通过标志点自动拼接技术及基于ICP原理的拼接技术完成单幅点云数据的粗拼接和精拼接,将拼接后点云数据与理论模型对齐并创建彩图,得到待测物体误差彩图,直观反映待测零件实际状态.利用不同设备对同一零件进行测量,验证了结果的正确性以及测量的高效性,测量因素分析可以有效提高测量效率,减少噪点对测量结果的影响.【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2019(062)010【总页数】5页(P83-87)【关键词】三维轮廓测量;面结构光;激光三角法;点云拼接技术;误差分析【作者】刘新宇【作者单位】中国航空制造技术研究院,北京 100024【正文语种】中文随着我国制造技术的发展，三维测量技术在航空航天、汽车、船舶等领域有着越来越广泛的应用。

三维测量技术是通过特定的方式获得待测物体三维形貌信息的一种测量方法[1]。

三维测量技术分为接触式测量技术和非接触式测量技术两大类。

接触式测量设备以三坐标测量机为代表，它是一种集机械、电子等技术于一体的测量设备，其特点是测量精度高，但测量效率相对较低，对环境要求高，且测针与待测物体易发生干涉。

非接触测量技术是以光学为基础发展而成，其特点是对待测零件无损伤，测量速度快，目前非接触测量设备主要有关节臂测量机、激光跟踪仪、自动断层扫描设备、以结构光技术为基础的3D 扫描仪等。

关节臂测量范围是以臂长为半径的球空间，测量大型零件时转站操作会造成精度损失。

激光跟踪仪在测量复杂零件时，由于扫描头T-Scan 必须与跟踪仪保持激光连接，故有测量死角存在。

基于图像分析方法的自动断层扫描仪是将三维测量转化为二维测量，通过对采集到的图像进行物像坐标转化，得到待测零件不同截面的二维轮廓数据，利用蒙皮法拟合为待测零件的三维数据，其缺点是在测量过程中，需要对零件进行逐层铣削拍照，对待测零件有破坏性。

双线结构光测距原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述双线结构光测距技术是一种基于投影和相位测量原理的三维测量方法。

通过投影两条光线或光带形成结构光，在被测物体上形成明暗条纹，通过相机捕捉到物体表面上的结构光图案，并进行图像处理和相位解算，最终可以实现对物体的三维坐标重构和距离测量。

双线结构光测距原理的核心是计算结构光在物体表面产生的相位差，通过相位差的变化情况可以精确地测量物体不同位置的距离。

在测量过程中，首先需要校准相机和投影仪之间的位置关系，确保投影仪能够投射出准确的结构光。

然后，通过调节投影仪的参数和物体距离，采集一系列结构光图像。

接着，对这些图像进行图像处理，提取出结构光的条纹信息。

最后，通过相位解算算法，计算出每个像素点上的相位差，并转换成距离值。

双线结构光测距技术具有测量速度快、精度高的特点，广泛应用于多个领域。

在工业制造中，可以用于三维形貌测量、自动化检测等；在医疗领域，可以用于牙齿、面部等部位的三维扫描和重建；在虚拟现实与增强现实中，可以用于手势识别和场景重建等。

总之，双线结构光测距原理是一种可靠高效的三维测量方法，具有广泛的应用前景。

未来随着科技的不断发展，双线结构光测距技术将会得到更广泛的应用和深入的研究。

1.2 文章结构本文主要围绕双线结构光测距原理展开讨论。

文章分为引言、正文和结论三个部分。

在引言部分，我们将对双线结构光测距原理进行概述，介绍其背景和意义。

同时，我们将介绍文章的结构，确保读者可以清晰地了解文章的组织和内容安排。

此外，我们还会明确文章的目的，让读者在阅读完全文之后能够得到预期的收获。

在正文部分，我们将详细介绍双线结构光测距原理。

首先，我们将对该原理进行解释，阐述其基本原理和工作机制。

接着，我们将探讨该原理在实际应用中的领域，包括工业制造、三维重建、机器人导航等。

通过对原理和应用领域的深入剖析，读者将能够全面了解双线结构光测距原理的优点和局限性，并将为其在各个领域的应用提供一定的参考和指导。

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进行了简单介绍。

1 引言随着科学技术和工业的发展，三维测量技术在自动化生产、质量控制、机器人视觉、反求工程、CAD/CAM以及生物医学工程等方面的应用日益重要。

传统的接触式测量技术存在测量时间长、需进行测头半径的补偿、不能测量弹性或脆性材料等局限性，因而不能满足现代工业发展的需要。

光学测量是光电技术与机械测量结合的高科技。

光学测量主要应用在现代工业检测。

借用计算机技术，可以实现快速，准确的测量。

方便记录，存储，打印，查询等等功能。

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。

随着现代检测技术的进步，特别是随着激光技术、计算机技术以及图像处理技术等高新技术的发展，三维测量技术逐步成为人们的研究重点。

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。

2 三维测量技术方法及分类三维测量技术是获取物体表面各点空间坐标的技术，主要包括接触式和非接触式测量两大类。

如图1所示。

图1 三维测量技术分类2.1 接触式测量物体三维接触式测量的典型代表是坐标测量机(CMM，Coordinate Measuring Machine)。

CMM是一种大型精密的三坐标测量仪器[1]，它以精密机械为基础，综合应用电子、计算机、光学和数控等先进技术，能对三维复杂工件的尺寸、形状和相对位置进行高精度的测量。

三坐标测量机作为现代大型精密、综合测量仪器，有其显著的优点，包括：（1）灵活性强，可实现空间坐标点测量，方便地测量各种零件的三维轮廓尺寸及位置参数；（2）测量精度高且可靠；（3）可方便地进行数字运算与程序控制，有很高的智能化程度。

光学仪器的表面形貌测量技术原理与应用1. 背景光学仪器的表面形貌测量技术是一种重要的非接触式测量技术，广泛应用于光学元件、光学镜头、光学镜片等光学仪器的制造和质量控制过程中该技术通过对光学表面形貌的精确测量，可以评估光学元件的表面质量、光学性能和加工质量，从而确保光学仪器的性能和可靠性本文将介绍光学仪器的表面形貌测量技术原理及其在实际应用中的重要性2. 表面形貌测量技术原理光学仪器的表面形貌测量技术基于光学原理，通过对光学表面的干涉、散射、反射等光学现象的测量，获取光学表面的形貌信息常见的表面形貌测量技术包括干涉测量法、散射测量法和反射测量法等2.1 干涉测量法干涉测量法是光学表面形貌测量中最常用的方法之一该方法通过将光学表面与参考面之间的干涉条纹进行测量，从而获取表面形貌的信息干涉测量法的原理是利用干涉仪将入射光分为两束，一束通过被测光学表面，另一束通过参考面，两束光在光路中相遇形成干涉条纹通过测量干涉条纹的分布、间距和形状等参数，可以得到光学表面的形貌信息2.2 散射测量法散射测量法是通过测量光线照射到光学表面后产生的散射光分布，从而获取表面形貌信息的方法散射测量法包括光散射截面测量法和光散射强度分布测量法等通过测量散射光的强度和分布，可以得到光学表面的粗糙度、沟壑深度等形貌信息2.3 反射测量法反射测量法是通过测量光线照射到光学表面后产生的反射光分布，从而获取表面形貌信息的方法反射测量法包括光反射率测量法和光反射强度分布测量法等通过测量反射光的强度和分布，可以得到光学表面的形貌信息3. 表面形貌测量技术应用表面形貌测量技术在光学仪器的制造和质量控制过程中具有重要作用，主要应用于以下几个方面：3.1 光学元件表面质量评估通过表面形貌测量技术，可以对光学元件的表面质量进行精确评估这对于确保光学仪器的性能和可靠性至关重要通过测量光学元件表面的粗糙度、沟壑深度等形貌参数，可以评估光学元件的加工质量和光学性能3.2 光学元件装夹和调整表面形貌测量技术可以帮助光学元件的装夹和调整过程通过测量光学元件表面的形貌信息，可以确定光学元件的位置和姿态，从而实现精确装夹和调整3.3 光学系统整体性能评估表面形貌测量技术还可以用于评估光学系统的整体性能通过测量光学系统各个元件的表面形貌信息，可以评估光学系统的像差、分辨力等性能指标，从而确保光学系统的性能达到设计要求4. 总结光学仪器的表面形貌测量技术是一种重要的非接触式测量技术，通过对光学表面的干涉、散射、反射等光学现象的测量，可以获取光学表面的形貌信息该技术在光学仪器的制造和质量控制过程中具有重要作用，可以评估光学元件的表面质量、光学性能和加工质量，确保光学仪器的性能和可靠性随着科技的不断发展，表面形貌测量技术在光学仪器领域的应用将越来越广泛，为光学仪器的制造和质量控制提供更加精确和高效的方法1. 背景光学仪器的表面形貌测量技术是一种重要的非接触式测量技术，广泛应用于光学元件、光学镜头、光学镜片等光学仪器的制造和质量控制过程中该技术通过对光学表面形貌的精确测量，可以评估光学元件的表面质量、光学性能和加工质量，从而确保光学仪器的性能和可靠性本文将介绍光学仪器的表面形貌测量技术原理及其在实际应用中的重要性2. 表面形貌测量技术原理光学仪器的表面形貌测量技术基于光学原理，通过对光学表面的干涉、散射、反射等光学现象的测量，获取光学表面的形貌信息常见的表面形貌测量技术包括干涉测量法、散射测量法和反射测量法等2.1 干涉测量法干涉测量法是光学表面形貌测量中最常用的方法之一该方法通过将光学表面与参考面之间的干涉条纹进行测量，从而获取表面形貌的信息干涉测量法的原理是利用干涉仪将入射光分为两束，一束通过被测光学表面，另一束通过参考面，两束光在光路中相遇形成干涉条纹通过测量干涉条纹的分布、间距和形状等参数，可以得到光学表面的形貌信息2.2 散射测量法散射测量法是通过测量光线照射到光学表面后产生的散射光分布，从而获取表面形貌信息的方法散射测量法包括光散射截面测量法和光散射强度分布测量法等通过测量散射光的强度和分布，可以得到光学表面的粗糙度、沟壑深度等形貌信息2.3 反射测量法反射测量法是通过测量光线照射到光学表面后产生的反射光分布，从而获取表面形貌信息的方法反射测量法包括光反射率测量法和光反射强度分布测量法等通过测量反射光的强度和分布，可以得到光学表面的形貌信息3. 表面形貌测量技术应用表面形貌测量技术在光学仪器的制造和质量控制过程中具有重要作用，主要应用于以下几个方面：3.1 光学元件表面质量评估通过表面形貌测量技术，可以对光学元件的表面质量进行精确评估这对于确保光学仪器的性能和可靠性至关重要通过测量光学元件表面的粗糙度、沟壑深度等形貌参数，可以评估光学元件的加工质量和光学性能3.2 光学元件装夹和调整表面形貌测量技术可以帮助光学元件的装夹和调整过程通过测量光学元件表面的形貌信息，可以确定光学元件的位置和姿态，从而实现精确装夹和调整3.3 光学系统整体性能评估表面形貌测量技术还可以用于评估光学系统的整体性能通过测量光学系统各个元件的表面形貌信息，可以评估光学系统的像差、分辨力等性能指标，从而确保光学系统的性能达到设计要求4. 总结光学仪器的表面形貌测量技术是一种重要的非接触式测量技术，通过对光学表面的干涉、散射、反射等光学现象的测量，可以获取光学表面的形貌信息该技术在光学仪器的制造和质量控制过程中具有重要作用，可以评估光学元件的表面质量、光学性能和加工质量，确保光学仪器的性能和可靠性随着科技的不断发展，表面形貌测量技术在光学仪器领域的应用将越来越广泛，为光学仪器的制造和质量控制提供更加精确和高效的方法光学仪器的表面形貌测量技术应用场合及注意事项应用场合1.光学元件制造和质量控制：在光学元件的生产过程中，表面形貌测量技术被广泛应用于评估光学元件的表面质量，确保其满足高精度的加工要求这对于生产高质量的光学镜头、镜片等元件至关重要2.光学系统装配和调试：在光学系统的装配过程中，通过表面形貌测量技术可以精确地确定光学元件的位置和姿态，以实现最佳的系统性能这对于天文望远镜、显微镜、激光器等光学系统的精确装配和调试尤为重要3.光学元件表面修复和再加工：在光学元件的表面修复和再加工过程中，表面形貌测量技术可以用于评估修复效果，确保表面质量符合规定标准这对于提高光学元件的使用寿命和性能具有重要意义4.光学材料研究和开发：在光学新材料的研究和开发过程中，表面形貌测量技术可以用于评估材料的表面特性，为材料的优化和改性提供重要数据支持5.光学仪器性能评估和优化：通过表面形貌测量技术，可以全面评估光学仪器的性能，包括像差、分辨力等指标这有助于发现潜在的性能瓶颈，为光学仪器的优化和改进提供依据6.质量控制和工艺改进：表面形貌测量技术可以用于监测光学加工过程中的表面质量变化，有助于及时发现和解决加工过程中的问题，提高生产效率和产品质量注意事项1.测量精度和稳定性：在使用表面形貌测量技术时，要确保测量系统的精度和稳定性，避免测量误差对结果产生影响这包括定期校准测量设备，确保其满足高精度的测量要求2.环境控制：光学仪器的表面形貌测量对环境条件较为敏感，因此在测量过程中要注意控制环境温度、湿度、灰尘等因素，以减少外部因素对测量结果的影响3.样品制备和装夹：在测量过程中，要确保光学元件的样品制备和装夹正确无误，避免对光学表面造成二次损伤或测量误差对于不同材质和形状的光学元件，要选择合适的样品制备和装夹方法4.数据处理和分析：表面形貌测量技术得到的数据需要进行有效的处理和分析，以提取有用的形貌信息要熟悉数据处理软件和算法，确保正确解读测量结果5.设备维护和保养：定期对表面形貌测量设备进行维护和保养，确保其始终保持良好的工作状态这包括清洁光学系统、检查机械部件、更换磨损的部件等6.人员培训和技能提升：表面形貌测量技术涉及到专业知识和操作技能，要加强对相关人员的培训和技能提升，确保他们能够熟练地操作设备和正确解读测量结果7.安全操作：在使用表面形貌测量设备时，要遵守安全操作规程，避免发生意外事故这包括正确使用设备、避免接触高温或尖锐部件、确保实验室安全等通过遵循以上注意事项，可以确保光学仪器的表面形貌测量技术在实际应用中取得准确、可靠的结果，为光学仪器的制造和质量控制提供有力支持。

热态锻件结构光三维测量技术赵　毅　王明辉　马品奎　宋家旺吉林大学,长春,130025摘要:介绍了结合计算机视觉、结构光光栅投影、移相测量原理的热态锻件结构光三维测量技术,该测量技术采用数字滤色技术解决热态工件本身发光干扰的难点,实现热态工件的三维非接触测量。

实验设备可以一次测量1000mm ×800mm 左右的面积,测量时间仅5s ,测量点距1mm 左右,并可以达到0125mm 的精度,这不仅能在车间就近对工件进行高温测量,而且为在线测量的研究提供了技术基础。

关键词:结构光;三维测量;塑性成形;热态工件中图分类号:TG 3 文章编号:1004—132X (2006)S2—0125—04Structured Light 3D Measurem ent T echnology of H ot ForgingZhao Y i Wang Minghui Ma Pinkui Song JiawangJilin University ,Changchun ,130025Abstract :The three dimensional measurement of hot forging part is significant for decreasing metal al 2lowance ,ensuring forging quality and researching the rule of forging.A new 3D measuring method using computer vision ,structured light ,fringe projection ,phase shifting and digital optical filter technology is pro 2posed for non -contact measurement of hot forging parts.The experimental installation can scan a area of 1000mm ×800mm in a single view ,the measurement process takes only 5seconds ,and the accuracy is within 0125mm.K ey w ords :structured light ;3D measurement ;plastic forming ;hot part收稿日期:2006—08—08基金项目:中国博士后科学基金资助项目(2005037707)0　引言为了有效控制热锻压过程的质量,需对热态锻件进行现场测量。