基于光学全息术的非接触式三维测量技术研究

文章编号l004-924X （2002）05-0528-05光学非接触三维形貌测量技术新进展陈晓荣，蔡萍，施文康（上海交通大学电子信息学院，上海200030）摘要：三维物体表面轮廓测量是获取物体形态特征的一种重要手段，在机器视觉、自动加工、工业检测、产品质量控制领域具有重要意义和广阔的应用前景。

光学非接触测量由于其高分辨率、无破坏、数据获取速度快等优点而被认为是最有前途的三维形貌测量方法。

介绍了光学非接触测量方法中的光切法、基于调制度测量的原理及优缺点，重点介绍了光栅投射法的测量原理，并分析了其研究热点与发展方向。

关键词：非接触检测；形貌测量；3D 中图分类号：TB92文献标识码：A!引言三维曲面或三维轮廓测量技术广泛应用于工业、科研、国防等领域。

汽车车身、飞机机身、轮船船体、汽轮机叶片等加工制造中的在线检测，特别是大型工件的曲面检测一直是生产中的关键技术难题。

该类工件在车间条件下一般采用靠模法测量，但可测截面少，测量精度低；在计量室条件下采用三坐标测量机测量虽然精度较高，但数据采集速度低，测量成本高，且难于实现在线测量。

鉴于接触式测量方法的局限性，用非接触光学方法来测量物体表面轮廓形状，例如激光三角法、莫尔投影法、工业视觉测量法等具有灵敏度高、速度快、获取数据多等特点，在三维测量中正日益受到重视和广泛应用。

"测量原理从技术上看，光学非接触测量法可分为两类：一类称为被动法，利用图像明暗、纹理、光流等信息求出三维信息，常用于对三维目标的识别、理解以及位置形态的分析；另一类称为主动法，采用结构照明方式，由三维面形对结构光场的空间或时间调制，观察光场中携带了三维面形的信息，对观察光场进行解调，可以得到三维面形数据。

由于后一种方法具有较高的测量精度，因此大多数以三维面形测量为目的的三维传感系统都采用主动三维传感方式。

下面简要介绍光切法、调制度轮廓术，重点介绍光栅投射法。

".!光切法光切法LSM （li g ht-section method ）是近年来在激光逐点扫描法基础上发展起来的一种非接触测量方法。

三维光学测试系统应用技术研究引言随着科技的不断发展，三维光学测试系统应用技术已经逐渐成为了工业生产和科学研究领域中不可或缺的重要技术之一。

三维光学测试系统可以对物体的形状、尺寸、表面粗糙度等进行高精度的测试和测量，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备、医疗器械等领域。

本文将对三维光学测试系统的应用技术研究进行探讨，以期能够更好地了解和应用这一重要的技术。

一、三维光学测试系统的原理和技术特点三维光学测试系统是一种利用光学原理和相关技术进行三维空间测量的系统。

其原理是通过测量相机接收到的物体表面光线的轨迹和数量，进而计算出物体表面的形状、尺寸和表面粗糙度等相关信息。

三维光学测试系统的技术特点主要包括以下几个方面：1. 高精度：三维光学测试系统具有高精度的优势，可以实现微米甚至纳米级别的测量精度，适用于对高精度要求的物体进行测量。

2. 非接触性：与传统的测量方法相比，三维光学测试系统采用非接触式测量，不会对被测物体造成损伤，且适用于对表面有特殊形状或脆弱物体进行测量。

3. 高效性：三维光学测试系统具有高效的特点，可以实现对大尺寸物体的快速测量和数据处理，提高生产效率。

二、三维光学测试系统的应用领域三维光学测试系统已经被广泛应用于众多领域，包括航空航天、汽车制造、电子设备、医疗器械等。

具体应用如下：1. 航空航天领域：在航空航天领域，三维光学测试系统可以应用于对飞机零部件的尺寸、形状和表面质量进行检测，确保零部件符合设计要求，提高飞行安全性。

2. 汽车制造领域：在汽车制造领域，三维光学测试系统可以用于汽车车身和零部件的尺寸和形状检测，还可以用于汽车外观质量检测，提高汽车质量和外观。

3. 电子设备领域：在电子设备领域，三维光学测试系统可以用于电子元件的尺寸和形状检测，还可以用于半导体芯片的制造和检测，确保电子设备的性能和质量。

4. 医疗器械领域：在医疗器械领域，三维光学测试系统可以用于医疗器械的尺寸和形状检测，确保医疗器械的安全性和有效性。

全息光学成像技术研究全息光学成像技术是一种用于记录物体三维信息的高级成像技术。

用它制成的全息照片能够重现物体的几乎所有外形和内部结构，并且展现出非常生动逼真的光影效果。

全息光学成像技术被应用于现代科学、技术、艺术等领域，并且其应用范围不断扩大。

一、全息光学成像技术的历史全息光学成像技术的历史可以追溯到1947年，当时美国物理学家戴克斯特·高利正通过偶然的事件，得到了一块广角聚光镜。

他发现，在将聚光镜与其它光学器材组合使用时，会产生神奇的视觉效果。

随后，高利正开始研究这一现象，并最终发明了全息光学成像技术。

通过全息光学成像技术，我们可以记录下物体所有的光学信息，包括外形、大小、颜色、透明度等等。

二、全息光学成像技术的基本原理全息光学成像技术基于的基本原理是，通过两束激光交叉照射到物体表面，产生干涉光，将特定的干涉图案记录到某种介质上，并在将要观察的物体光束再次照射到该介质上时，利用原先记录的干涉光图案，使得原先记录的光场被还原出来。

这个过程叫全息记录，成像过程就是从这个光学成像的原理中实现的。

在这个过程中，物体表面反射的光会和来自激光的光线产生相位差，形成干涉现象。

干涉光会在介质表面上产生一系列干涉条纹，这些条纹表示了物体表面的光学信息。

与普通照片不同，全息照片所记录下的物体不仅仅是物体表面的图像，还包括了所有的场景信息，例如空间位置、尺寸、方向、角度、运动等等。

三、全息光学成像技术的优势全息光学成像技术具有广泛的应用前景，其优势主要有以下几点：1. 三维成像效果更佳通过全息光学成像技术，可以获得具有更全面、更准确和更详细的三维成像效果。

传统成像技术所拍摄的照片是平面的，无法反映出物体的立体效果，而全息照片则能够真实、清晰地反映物体的大小、形状、质地以及质量等三维信息。

2. 细节显示更好全息光学成像技术可将图像记录在介质中，其记录的光场蕴含了更多生动自然的光影信息，使得被记录的物体可以更为逼真的表现出来，能够展示出更多细节和结构，使得观察者能够更加深入的了解物体的内部结构和特征。

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。

测绘技术中的全息测量技术应用指南全息测量技术应用指南概述全息测量技术是一种非接触式测量手段，广泛应用于测绘技术领域。

全息测量技术基于光的干涉原理，可以实现高精度、高效率的测量，对于地理信息系统、三维建模等方面具有重要应用价值。

本文将从测绘技术的角度，介绍全息测量技术的原理、应用领域和操作指南。

一、全息测量技术的原理全息测量技术利用光的干涉原理，通过记录物体表面的光的相位信息，实现对物体几何形态的测量。

全息图像是由物体光场的振幅和相位信息组成的，并具有充分的存储容量，可以同时记录多个视角的信息。

全息测量技术的原理简单而又复杂，需要在实际应用中灵活运用。

二、全息测量技术的应用领域1. 地质测绘全息测量技术在地质测绘中可以实现地表地貌的高精度测量，为地质灾害预测和地质勘探提供重要依据。

通过全息测量技术，可以获取地壳板块运动与变形的信息，对于地震活动的研究和预测具有重要意义。

2. 建筑测量全息测量技术在建筑测量中可以快速获取建筑物的三维形态数据，为建筑设计和改造提供参考依据。

通过全息测量技术，可以实现对建筑物的尺寸、形状和位置的精确测量，提高建筑设计的效率和质量。

3. 电力测量全息测量技术在电力测量中可以实现电力设备的三维形态测量，为电力系统的运行和维护提供支持。

通过全息测量技术，可以实现对电力设备的尺寸、位置和变形情况的测量，为电力系统的安全运行提供重要数据。

4. 矿山测量全息测量技术在矿山测量中可以实现矿山地貌和矿体的三维形态测量，为矿体资源的开采和管理提供参考依据。

通过全息测量技术，可以获取矿床的尺寸、形状和位置信息，为矿山开发和资源储备提供重要数据支持。

三、全息测量技术的操作指南1. 实施前的准备在进行全息测量技术之前，需要做好以下准备工作：(1) 检查设备：确保全息摄影机、激光雷达和计算机等设备正常工作，并校准仪器的参数。

(2) 准备目标物体：清洁目标物体表面，移除遮挡物和反光物，以确保测量过程中光线的正常传播。

基于光学的高精度测量技术研究随着工业制造业的不断发展，对于高精度测量的需求也越来越高。

而基于光学的测量技术由于其非接触、高精度和高效率等优势，已经成为工业测量领域的重要手段之一。

一、概述光学测量技术是一种物理测量方法，能够利用光的传播和相互作用实现对物体形状、位置和运动等参数进行测量。

与传统的机械测量方法相比，光学测量技术具有高精度、高速度和无接触等优势，适用于各种形状、尺寸和表面性质的物体测量。

光学测量技术包括三角测量法、视差测量法、全息术、干涉测量法等。

其中，干涉测量法是一种基于光波干涉原理进行测量的方法，广泛应用于高精度测量领域。

二、干涉测量法原理干涉测量法是一种利用光波的干涉现象进行测量的方法。

其原理是：将光波经过分光器分为两束，经过不同的光程后再次合并在一起，使两束光波在合并处形成干涉条纹。

由于两束光波的光程差与物体表面形状相关，因此通过测量干涉条纹的空间分布和变化，可以推断出物体表面形状。

三、应用案例1. 汽车车身检测光学测量技术在汽车车身检测中有着广泛应用。

通过干涉测量法，可以将汽车车身表面进行高精度的三维测量，获得车身表面的精确高度图和曲率图，为汽车设计和制造提供依据。

2. 航天器测量基于光学的高精度测量技术在航天器测量领域也有着重要的应用。

在航天器制造和维修过程中，需要对航天器表面进行高精度的测量和检测。

光学测量技术可以非接触地对航天器表面进行测量，比传统的机械测量方法更为方便和高效。

3. 玻璃表面瑕疵检测在玻璃制造和加工过程中，表面瑕疵对产品质量会产生极大的影响。

基于光学的高精度测量技术可以对玻璃表面进行高精度的瑕疵检测。

通过干涉测量法，可以测量玻璃表面的高度差异，对玻璃表面的瑕疵进行自动检测和分类。

四、发展趋势光学测量技术在工业制造和科学研究领域有着广泛的应用前景。

未来，随着光学成像技术的发展和精度的提高，基于光学的测量技术将在高精度测量领域中发挥更大的作用。

同时，随着数字化和智能化的发展，基于光学的测量技术也将向自动化和智能化方向发展，实现高效、自动化和智能化的测量和检测。

基于光学技术的精密测量与校准研究引言：在科学研究和工程领域，精确的测量与校准是保证实验可重复性和结果准确性的关键环节。

而基于光学技术的精密测量与校准方法在近年来得到了广泛的研究和应用。

本文将对基于光学技术的精密测量与校准方法进行探讨，包括原理、技术以及应用。

一、光学传感技术1. 光纤传感技术光纤传感技术是一种基于光学原理的传感方法，通过在光纤中引入一些特殊的传感元件，可以实现对温度、压力、形变等多种物理量的测量。

光纤传感技术的核心是利用光的传输与损耗特性来检测所需测量的物理量。

2. 激光测绘技术激光测绘技术是一种基于激光原理的测量方法，通过发送激光脉冲并测量其回波时间来获取目标物体的形状和位置信息。

激光测绘技术具有高精度、快速、非接触等特点，在地形测量、三维建模等领域被广泛应用。

二、精密测量与校准技术1. 偏振光测量偏振光测量是一种利用光的偏振状态来测量物体特性的技术。

通过测量光的偏振角度或旋转角度，可以获取材料的光学性质、形变情况等信息。

偏振光测量在材料科学、光学器件等领域有着广泛的应用。

2. 相位测量相位测量是一种基于光的相位差来测量物体形状、位移等信息的技术。

利用光的干涉现象，可以获得高精度的相位信息，并通过数学算法将其转化为实际测量结果。

相位测量技术在光学制造、光学检测等领域有着重要的应用价值。

三、光学校准技术1. 光学影像校准光学影像校准是通过建立物体与图像之间的几何模型，从而实现准确的图像测量和测绘的技术。

光学影像校准可以解决图像中的畸变、尺度缩放等问题，提高测量结果的准确性。

2. 光学仪器校准光学仪器校准是指对光学仪器进行精确的校准，以保证仪器测量结果的准确性和一致性。

光学仪器校准包括对光源、光线传输系统、光学元件等进行标定和调整，以确保其性能指标符合测量需求。

四、光学技术在精密测量与校准中的应用1. 光学仪器制造光学仪器制造是光学技术在精密测量与校准领域重要应用之一。

利用光学原理和技术，可以制造出高精度、高分辨率的光学仪器，例如显微镜、激光测距仪等。

基于全息成像技术的三维物体重建研究随着科技的不断进步，一些新的技术也相继被发明出来。

全息成像技术就是其中一种。

全息成像技术是一种能够记录物体全息图像，并且将其再现成一幅立体视觉的技术。

然而，这项技术到底该如何应用呢？今天的这篇文章将会讨论全息成像技术在三维物体重建中的应用。

全息成像技术的发明对于三维物体重建的技术有着深远的影响。

使用全息成像技术进行三维物体重建主要分成三个步骤：采集全息图像、复原全息图像、建立透视关系。

首先，我们需要采集到物体的全息图像。

这个过程需要用到一个全息照相机，通过将物体放在照相机的前面，全息照相机将会记录下物体在空间上的光场信息。

接下来，这个光场信息将会被传输到电影胶片上，并使用化学方法进行镀晶处理以产生一个全息图像。

这样我们就得到了第一个步骤的结果。

接下来，我们需要进行全息图像的复原。

即通过投影光将全息图像还原成原来的物体。

这个过程非常有趣。

我们需要将一束单色的光线照射在镀晶处理后的胶片上，然后放置反射屏幕在其后方，将会发现像是一个幽灵物体出现在了反射屏幕的正面。

这就是全息图像的复原结果。

当然，这个结果并不是一个实物像，而更多的是一个视觉效果。

最后，我们需要建立透视关系，将实际的物体测量到全息来确定物体的形状和尺寸。

这个过程就好比是一位画家在画一幅逼真的水彩画一样。

我们需要根据全息图像和精确的测量数据进行精细的还原过程，以得到一个完美的三维重建物体。

这么说可能有点抽象，我们可以使用一个例子来具体说明。

比如，我们想要重建一辆汽车。

首先，我们需要用全息照相机拍下汽车的全息图像。

接下来，我们需要用复原技术将全息图像还原成实际的汽车。

最后，我们可以使用透视关系技术将实际的汽车形状和尺寸精确的还原出来。

当然，全息成像技术也有其局限性。

比如，在进行全息成像时需要特殊的光线照射和物体摆放，同时要求物体表面有较好的反光特性，这都会影响到三维重建的精度和准确度。

总结起来，全息成像技术是一种非常先进而神秘的技术。