线结构光扫描三维缺陷检测的关键技术

结合线结构光立体视觉和条纹反射法的三维轮廓检测系统随着科学技术的不断发展，光学视觉技术在工业生产和自动化领域中的应用越来越广泛。

特别是在三维轮廓检测领域，结合线结构光立体视觉和条纹反射法成为了一种热门的解决方案。

本文将介绍这种三维轮廓检测系统的原理和应用，以及其在工业生产中的潜在影响。

一、线结构光立体视觉技术线结构光立体视觉技术是一种通过投射光线和摄像头捕获图像来获取物体表面三维轮廓的技术。

其原理是通过将光源投射成一条或多条光线在被测物体表面上形成一定的图案，然后利用摄像头捕捉这个图案。

通过分析图像中的光点的扭曲变形，可以计算出物体表面的三维轮廓数据。

线结构光立体视觉技术具有成本低、非接触、高分辨率等优点，因此在工业领域得到了广泛应用。

在汽车零部件的精密加工过程中，通过线结构光立体视觉技术可以实现对零件表面缺陷的快速检测和尺寸测量，大大提高了生产效率和质量控制的精度。

二、条纹反射法条纹反射法是一种通过投射一组光条到被测物体表面上，利用物体表面的反射图案来计算出物体表面的形状和轮廓的技术。

其原理是通过观察物体表面的反射条纹图案，分析条纹的形变和位移，从而确定物体表面的曲率和形状。

条纹反射法在工业产品检测、质量控制、医学成像等领域都有广泛的应用。

通过条纹反射法可以实现对复杂曲面物体的形状测量，提高了测量的精度和可靠性。

结合线结构光立体视觉和条纹反射法的三维轮廓检测系统，利用两种技术的优势互补，可以实现对物体表面形状的高精度检测和测量。

其工作原理是通过先利用线结构光立体视觉技术获取物体表面的初步轮廓数据，然后再利用条纹反射法对物体表面进行精细化的形状测量。

这种系统的优势在于可以克服单一技术的局限性，提高了三维轮廓检测的测量精度和可靠性。

由于这种系统可以实现高速、高精度、非接触的三维轮廓检测，在自动化生产线上具有广泛的应用前景。

四、应用前景结合线结构光立体视觉和条纹反射法的三维轮廓检测系统在工业生产中具有广阔的应用前景。

桥梁表面缺陷检测方案激光扫描与像处理技术桥梁表面缺陷检测方案激光扫描与图像处理技术桥梁是现代交通基础设施中不可或缺的一部分，而桥梁表面缺陷则是影响桥梁结构安全的重要问题。

因此，开发一套高效准确的桥梁表面缺陷检测方案显得非常重要。

本文将介绍一种基于激光扫描与图像处理技术的桥梁表面缺陷检测方案。

1.激光扫描技术激光扫描技术是一种非接触的三维数据采集技术，可以快速准确地获取物体表面的三维点云数据。

在桥梁表面缺陷检测中，我们可以使用激光扫描仪对桥梁进行全面的扫描，得到桥梁表面的三维点云数据。

2.图像处理技术在获取到桥梁表面的三维点云数据后，我们需要将其转化为二维图像进行进一步的分析与处理。

图像处理技术可以帮助我们提取表面缺陷的特征信息，从而实现桥梁表面缺陷的准确定位与识别。

2.1 预处理在进行图像处理前，我们需要对得到的二维点云图像进行预处理。

预处理的目的是去除无关信息，提升缺陷的辨识度。

预处理的步骤包括去噪、滤波和将点云数据映射到二维图像上。

2.2 特征提取特征提取是图像处理的核心环节，它可以将图像中的缺陷与正常区域进行区分。

常用的特征包括颜色、纹理、形状等。

在桥梁表面缺陷检测中，我们可以使用形状和纹理特征来描述缺陷，并通过特定的算法进行提取。

2.3 缺陷定位与识别在特征提取后，我们需要将缺陷定位并进行识别。

通过比对提取得到的特征信息与预设模板进行匹配，可以准确地定位桥梁表面的缺陷，并判断其类型与严重程度。

3.激光扫描与图像处理技术的优势相比传统的人工巡检方法，激光扫描与图像处理技术具有以下优势：3.1 高效快速激光扫描技术可以在较短的时间内对桥梁进行全面扫描，大大节省了检测时间，提高了工作效率。

3.2 高精度激光扫描仪可以将桥梁表面的三维信息准确地转化为二维图像，保留了表面缺陷的细节信息，提高了缺陷检测的精度。

3.3 自动化程度高激光扫描与图像处理技术的应用实现了桥梁表面缺陷检测的自动化。

只需要操作者对设备进行设置和监控，大大减少了人力投入。

结合线结构光立体视觉和条纹反射法的三维轮廓检测系统1. 引言1.1 研究背景线结构光技术是一种基于光学原理的三维测量技术，通过使用投射光源产生的特定光线结构，可以在被测物体表面产生一系列明暗交替的条纹。

而条纹反射法则是一种利用光反射原理测量物体表面形态的方法，通过观察光斑的形态变化，可以获取物体表面的深度信息。

结合线结构光和条纹反射法可以有效地提高三维轮廓检测系统的测量精度和速度。

随着工业制造和数字化技术的发展，对物体三维形态的快速、精确检测需求日益增加。

传统的三维检测方法受限于测量精度和复杂度，无法满足现代工业生产的需求。

研究如何结合线结构光立体视觉和条纹反射法，在保证测量精度的基础上提高检测效率，具有重要的研究意义和实际应用价值。

本文旨在探讨如何设计并实现一种新型的三维轮廓检测系统，通过结合线结构光技术和条纹反射法，提高系统的测量精度和速度，进一步推动三维形态检测技术的发展与应用。

1.2 问题提出在三维检测领域，目前存在着传统方法运用线结构光或条纹反射法进行轮廓检测时存在的一些问题。

线结构光技术在复杂环境下易受干扰，导致检测结果不稳定；而条纹反射法在光照条件不均匀时容易产生误差，影响检测精度。

如何结合线结构光技术的立体视觉特点和条纹反射法的高精度特性，设计一个有效的三维轮廓检测系统，成为当前研究中亟需解决的问题。

为了克服传统方法中存在的问题，我们提出了一种结合线结构光技术和条纹反射法的三维轮廓检测系统。

通过利用线结构光技术获取目标物体的深度信息，结合条纹反射法提取物体表面的纹理特征，实现对目标物体的精准检测和重建。

这一系统的设计不仅可以提高检测的稳定性和准确性，还能够适应不同光照条件下的检测需求，具有很强的实用性和应用前景。

通过该系统的实验验证和性能评价，我们将进一步验证其在三维轮廓检测领域的有效性和前景。

1.3 研究意义三维轮廓检测是现代制造业中非常重要的一项技术，在产品设计、质量检测和自动化生产中都具有广泛的应用。

线结构光三维测量系统关键技术的研究
线结构光三维测量系统是一种利用线结构光技术实现三维测量的新型非接触式测量系统，广泛应用于零件的形状测量、复杂零件的几何量测，机器人产品质量检测、产品立体
检测以及空间运动学机器视觉测量系统中。

近年来，由于线结构光技术的持续发展，线结
构光三维测量系统的精度和测量速度不断提升，使三维测量技术在更多的工业领域得到应用。

线结构光三维测量系统以视觉三角测量原理为核心，使用高速相机搭配光缆或激光系
统照明，其能够对物体形状、面曲面波纹等表面特征快速准确地进行三维测量。

若使用激
光系统照明，在高度范围内，测量精度能达到毫米量级，测量速度更加快捷。

线结构光三维测量系统有一整套完备的关键技术，包括激光系统、图像采集系统、图
像处理技术、三维测量算法以及联网系统等。

激光系统的关键技术是激光投射仪，激光投
射仪能够在物体表面投射出各种线条形状的线结构光。

图像采集系统要求拥有高质量、高
速度以及高精度的图像采集系统，图像处理技术要求计算机能够进行自动识别复杂形状的
三维物体，三维测量算法理论要求采用能够提高测量精度且计算较少的三角测量数学模型，以此加快系统测量速度。

最后，线结构光三维测量系统要求采用稳定可靠的网络系统，以实现远程监控和可视
化管理，实现更加便利的操作和管理，提高企业的工作效率。

线结构光三维测量原理线结构光三维测量是一种常用的三维形貌获取技术，通过投射一束具有特定结构的光线，利用物体表面对光线的反射或者散射来获取物体表面的三维形状信息。

这种技术广泛应用于工业制造、医学影像、文物保护等领域，在提高生产效率、保护文物、医学诊断等方面发挥着重要作用。

线结构光三维测量的原理是利用光学投影原理，通过投射一束特定结构的光线（如条纹、格网等），使得物体表面在不同位置产生不同的反射或散射效果。

通过相机捕获物体表面的反射或散射图像，并通过图像处理算法进行分析，从而得到物体表面的三维形状信息。

在进行线结构光三维测量时，首先需要确定光源、相机和物体之间的相对位置关系，确保光线能够正确照射到物体表面并被相机捕获到。

然后，通过控制光源的投射角度和结构，使得物体表面产生清晰的反射或散射效果，以便后续的图像处理分析。

在图像处理方面，通常会采用相位解析技术来获取物体表面的高度信息。

通过对捕获到的图像进行相位差分分析，可以得到物体表面在不同位置的相位信息，进而计算出物体表面的三维坐标信息。

这种相位解析技术能够实现高精度的三维形貌测量，广泛应用于工业制造领域。

除了相位解析技术外，还有基于深度学习的图像处理算法在线结构光三维测量中得到了广泛应用。

通过训练神经网络模型，可以实现对复杂物体表面的三维形状信息的准确提取，进一步提高了测量的精度和效率。

总的来说，线结构光三维测量是一种基于光学原理和图像处理技术的高效三维形貌获取方法。

它在工业制造、医学影像、文物保护等领域发挥着重要作用，为相关领域的发展提供了有力支持。

随着图像处理技术的不断发展和创新，线结构光三维测量技术将会更加普及和应用，为人类社会的发展带来更多的便利和进步。

三维扫描技术是一种用于获取物体表面形状和空间坐标的技术，广泛应用于制造业、建筑业、医疗、考古等领域。

以下是三维扫描技术的要点总结：1. 原理：三维扫描技术通过测量物体表面的多个点的位置信息，然后通过计算机软件将这些点连接起来，形成物体的三维模型。

2. 类型：根据测量原理和技术特点，三维扫描技术可以分为接触式和非接触式两大类。

接触式扫描需要扫描头与物体表面接触，如激光扫描、光学跟踪等；非接触式扫描则无需与物体表面接触，如结构光扫描、激光雷达等。

3. 精度：三维扫描技术的精度受到多种因素的影响，如扫描设备的性能、环境条件、操作技巧等。

一般来说，高精度的三维扫描设备可以实现微米甚至纳米级别的精度。

4. 速度：三维扫描速度取决于扫描设备的性能和物体的大小。

对于大型物体或复杂结构，扫描速度可能会较慢；而对于小型物体或简单结构，扫描速度可以较快。

5. 数据处理：三维扫描数据通常需要进行后处理，以消除噪声、填补缺失部分、优化模型等。

常用的数据处理软件包括Geomagic Studio、MeshLab、Blender等。

6. 应用领域：三维扫描技术在许多领域都有广泛的应用，如制造业（产品设计、逆向工程、质量控制等）、建筑业（建筑模型制作、设施管理等）、医疗（人体解剖学、假肢制作等）、考古（文物复制、遗址保护等）等。

7. 优势：三维扫描技术具有快速、准确、非破坏性等优点，可以大大提高设计效率和质量，降低生产成本，减少资源浪费。

8. 局限性：三维扫描技术也存在一些局限性，如对表面材质和颜色敏感，对透明物体和镜面反射物体的扫描效果较差；高分辨率扫描设备价格较高，普及程度有限；数据处理和建模过程较为复杂，需要专业知识和技能。

哈尔滨工程大学硕士学位论文声（Ｎｏｉｓｅ）。

噪声可以理解为“妨碍人们感觉器官对所接收的信源信息理解的因素”，理论上定义为“不可预测，只能用概率统计方法来认识的随机误差”。

因此将图像噪声看成是多维随机过程是合适的，因而描述噪声的方法完全可以借用随机过程的描述，通常是用其数字特征，即均值方差、相关函数等。

因为这些数字特征都可以从某些方面反映出噪声的特征。

例如，均方值描述噪声总功率，方差描述噪声的交流功率，而均值的平方表示了噪声的直流功率。

在图像的捕获、传输或者处理过程中都可能出现噪声，常见的噪声有：加性噪声、乘性噪声、高斯噪声、冲击噪声、椒盐噪声和量化噪声等。

图２．１原始图像及其灰度直方图２．２图像增强图像增强技术是用来增强那些对于图像的表示、分析、识别等应用有重要意义的信息，例如边缘、纹理等。

图像增强过程本身并不增加图像包含的信息量，但它能明显地突出某些特征信息以便检测和利用这些信恩。

图像增强技术包括图像灰度变换、去除噪声、边缘锐化、滤波、伪彩色处理等。

在此，我们仅就测量系统用到的灰度修正、去噪滤波（图像平滑）及锐化技术加以阐述。

２．２．１灰度修正灰度修正可使图像动态范围加大，对比度扩展，图像清晰，特征明显，是图像增强的重要手段。

灰度修正可以采用灰度变换法和直方图修正技术。

由于直方图是灰度修正技术的基础，而且实践中不需要对灰度进行变换，我们采用直方图技术对测量中采集到的图像进行了处理，故本小节主要讨论直方图技术。

直方图技术将图像的灰度作为一个随机数集来处理。

通过修改图像的灰度直方图，图像的可视性将得到改善，例如一幅较暗的低对比度图像，可通化了图像质量，使图像模糊，甚至淹没特征，为此需要寻找方法去除图像噪声。

消除图像噪声的工作被称之为图像平滑或滤波，平滑的目的就在于消除混杂在图像中的干扰，改善图像质量，强化图像表现特征，提高后续工作（如图像分割）的精度。

由于噪声源众多（如光栅扫描、底片颗粒、机械元件、通信传输等），噪声种类复杂（如加性噪声、乘性噪声、量化噪声等），所以平滑方法也多种多样。

多摄像机线结构光的钢轨表面三维缺陷检测高军强;刘桂华【摘要】为实现钢轨表面缺陷的实时全方位检测,提出基于多摄像机线结构光的三维检测方法.首先,通过标定线结构光和摄像机平面之间的位置参数,获取该摄像机视角下的钢轨表面线结构光的三维形状变化.其次,标定多个摄像机之间旋转平移参数,将多个视角下的三维点云进行拼接形成完整钢轨三维模型.同时,设计了钢轨三维检测的硬件装置,通过硬件编码器获取传送带运动的距离,形成钢轨在长度方向上的全貌三维形状.针对存在缺陷的钢轨样品进行了三维轮廓测量,实验结果表明,该方法的在钢轨深度方向上的精度能达较高精度,符合钢轨表面缺陷检测的要求.%In order to realize the real-time detection of rail surface defects,a 3D detection method based on multiple camera line structured light is proposed in this paper.Firstly,the three-dimensional shape change of the rail surface line structure light is obtained by calibrating the position parameters between the structured light and the plane of the camera Secondly,the rotation and translation parameters of multiple cameras are calibrated,and the 3D shape of the line structured light is formed into a complete rail model At the same time,the hardware device of rail 3D detection was designed to obtain the distance of the conveyor belt movement through hardware encoder,and form the three-dimensional shape of the rail in the length direction.For 3D profile measurement of defective railsamples,experimental results show that the accuracy of the method in the depth direction of the rail can meets the requirements of the rail surface defect detection.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】4页(P170-172,176)【关键词】钢轨表面缺陷;多摄像机;线结构光;相机标定;三维重建【作者】高军强;刘桂华【作者单位】西南科技大学信息工程学院,四川绵阳621010;西南科技大学信息工程学院,四川绵阳621010【正文语种】中文【中图分类】TH16;TP391最近几年来，我国铁路交通发展迅速。

本技术公开了一种结构光三维测量方法，属于计算机视觉技术领域；方法包括：步骤S1，采用深度预测模型对目标物体的表面形成的第一变化图像进行预测，得到目标物体的深度图像；步骤S2，根据不同相移的第二变化图像，计算每一点的主值相位，并利用深度图像，对第二变化图像中每一点的主值相位进行相位展开处理，以得到连续相位场的分布图；步骤S3，采用标定的系统参数对连续相位场的分布图进行处理，以得到得到目标物体的表面每一个三维点的坐标，从而实现对目标物体的三维测量。

上述技术方案的有益效果是：能够减少投射图像的数量，提高空间编码的效率和质量，最终获得高精度的三维测量结果。

权利要求书1.一种结构光三维测量方法，采用投影装置先后将伪随机图案和具有不同初始相位的标准余弦分布的光栅条纹图案投射到目标物体的表面，随后采用相机装置记录所述目标物体的表面经投射形成的图像；其特征在于，会预先训练形成一深度预测模型，所述深度预测模型的输入数据为投射所述伪随机图像后在所述目标物体的表面形成的一第一变化图像，输出数据为预测得到的所述目标物体的深度图像；所述光栅条纹图案投射到所述目标物体的表面并形成对应的第二变化图像；所述结构光三维测量方法具体包括：步骤S1，采用所述深度预测模型对所述目标物体的表面形成的所述第一变化图像进行预测，得到所述目标物体的所述深度图像；步骤S2，根据不同相移的所述第二变化图像，计算每一点的主值相位，并利用所述深度图像，对所述第二变化图像中每一点的主值相位进行相位展开处理，以得到连续相位场的分布图；步骤S3，采用标定的系统参数对所述连续相位场的分布图进行处理，以得到所述得到目标物体的表面每一个三维点的坐标，从而实现对所述目标物体的三维测量。

2.如权利要求1所述的结构光三维测量方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：步骤S21，根据所述第一变化图像中得到的每一点的初始点云坐标以及所述深度图像分别处理得到每一点的空间点坐标；步骤S22，根据所述空间点坐标分别处理得到每一点的相位初值；步骤S23，根据每一点的所述相位初值分别处理得到每一点的条纹级数；步骤S24，根据每一点的条纹级数对每一点上根据所述第二变化图像计算得到的所述主值相位进行相位展开，以得到所述连续相位场的分布图。

基于线结构光扫描的工件高精度三维测量方法
洪汉玉;吴裕强;叶亮;邵洋
【期刊名称】《武汉工程大学学报》
【年(卷),期】2024(46)1
【摘要】为了提高工业中对复杂轮廓工件的测量精度和效率,设计了一套高精度非接触三维测量系统,并提出了一种基于线结构光扫描的工件轮廓三维测量方法。

首先,利用高精度相机和三轴移动平台采集线结构光图像。

然后,通过基于差分区间的灰度质心算法,精确而高效地提取出线结构光中心线,并生成原始点云模型。

接着,对采集到的点云数据进行必要的点云滤波和精简预处理。

最后,将预处理后的点云数据与CAD模型精确配准,进行工件表面轮廓的测量与误差评定。

实验结果表明:测量工件轮廓高度的绝对误差小于0.07 mm,相对误差小于0.5%。

所提出的三维测量系统及方法测量误差较低,能够实现工件的高精度三维测量,具有一定的工业应用价值。

【总页数】6页(P66-71)
【作者】洪汉玉;吴裕强;叶亮;邵洋
【作者单位】武汉工程大学电气信息学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.41
【相关文献】
1.基于线结构光的工件台阶特征尺寸测量方法研究
2.基于面结构光的机械工件三维扫描系统设计
3.基于线激光传感器旋转扫描的空间高精度三维测量方法
4.基于线结构光点云三维重建的弯管形工件测量方法
5.基于线结构光的水下旋转扫描高精度测量方法研究
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