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光学三维测量技术

发布时间:2021-02-27 16:25 作者:凯旋门现金官网

  光学三维测量技术 青 衣 23-01 郗珍妹 物研1306班 13126003 A 1 1 概述 2 测量原理 3 应用 4 总结 青 衣 23-01 A 2 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。 23-01 A 3 1 概述 物体三维形状测量 接触式测量 物体三维接触式测量的典型 代表是三坐标测量机(CMM, Coordinate Measuring Machine) 。 非接触式测量 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。 23-01 A 4 1 概述 23-01 图 1 : 三 坐 标 测 量 机 A 5 1 概述 物体三维形状测量 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 非接触式测量 光波技术 三角法 干涉法 超声波技术 飞行时间法 23-01 A 6 1 概述 非接触式测量 23-01 微波技术 适合于大尺度三维测 量,爱里斑半径较大 ,角度分辨率低。 光波技术 超声波技术 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 。 A 7 1 概述 光波技术 三角法 干涉法 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 。 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。 飞行时间法以对信号检测的时间 飞行时间法 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 。 23-01 A 8 2 测量原理 1、飞行时间法: 23-01 A 9 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ΔZ(xy). 这种测量方法测量精度高,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。 23-01 A 10 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。 23-01 A 11 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D扫描 线D线D扫描 面光源法 面照明 2D线探测器 不需要扫描 莫尔轮廓 如:阴影莫尔 投射莫尔 23-01 序列编码技术 相位测量技术 如:格雷(Gray 如:相位测量轮廓术 ) 傅里叶变换轮廓术 编码序列 A 彩色编码技术 如:彩色多通道 编码实现相移 12 2 测量原理 23-01 A 13 2 测量原理 23-01 A 14 3 应用 1、逆向工程: 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。 23-01 A 15 3 应用 23-01 A 16 3 应用 条纹投影的三维成像系统实例 23-01 A 17 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 。 23-01 A 18 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。 23-01 A 19 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,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 23-01 A 20 3 应用 除此之外,光学三维测量技术还可以用于 1、虚拟现


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