结构光三维测量系统的建模与标定(7)

3D视觉建模,计算机视觉

哈尔滨理＿Ｔ大学工学硕十学位论文

第１章绪论

１．１研究背景

物体的三维测量主要包括接触式和非接触式两大类。接触式测量的典型代表

是三维坐标测量机，这种测量方式以精密机械为基础，综合应用光学、电子学、

计算机和数控等先进技术，测量精度可高达微米级，是迄今为止最具通用性的传统坐标测量方法。但是，该方法始终存在着一些无法克服的弊端，例如：它采用点接触的测量方式，不适合柔软物体的测量，尤其不适用于那些测头不宜接触的表面；测量速度慢，效率低，需要补充测头直径信息；对于较复杂的曲面，特别是组合曲面，自动跟踪存在一定困难，且可靠性较低；测量机的结构复杂，对工作环境要求较高，应用范围受到很大限制。总体来看，接触式三维测量已经难以满足快速准确的测量需求ｎ’２１。比较而言，非接触三维测量方式则有效避免了上述缺陷，在测量范围、测量效率上均有较大提高，且对所测工件的要求亦有所降低。

三维深度非接触测量技术是目前三维测量技术的重点发展方向，它包括立体

视觉、脉冲测距、结构光等多种方法，其中结构光法应用十分广泛。

利用结构光方法实现的物体三维重构技术，广泛应用于自动加工、高速在线

检测、质量控制、ＣＡＤ／ＣＡＭ、医学诊断、航空航天、汽车制造实物仿形、服装加工、鞋模等领域，是反向工程和计算机视觉中的重要组成部分。目前，很多的复杂曲面，如水轮机叶片、飞机壳体、大型船体、汽车和摩托车壳体等形状的设计和加工精度直接影响到它们在水中和空气中的摩擦，但是其外形难以测量。又如飞机、轮船的螺旋桨，其曲面的设计、加工精度也将影响到其效率。还有许多模具，其设计质量和加工精度直接影响产品的质量。传统的接触式方法测量速度低，不适于曲面的快速重构与测量。因而越来越需要快速、无破坏、高精度及自动化的重构与测量方法口’４１。

结构光三维视觉是基于光学的三角法测量原理。光学投射器（可以是激光器，

也可以是投影仪）将一定模式的结构光投射于物体的表面，在表面形成由被测物体表面形状所调制的光条三维图像。该三维图像由处于另一位置的摄像机摄取，

从而获得光条二维畸变图像。光条的畸变程度取决于光学投射器与摄像机之间的相对位置和物体表面形廓（高度）。直观上，沿光条显示出的位移（或偏移）与物体的高度成比例，扭曲表示了平面的变化，不连续显示了表面的物理间隙。当

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