光栅投影三维轮廓测量和关键技术分析

《光栅投影三维轮廓测量和关键技术分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、光电子激光第13卷第9期2002年9月JournalofOptoelectronicslaserol.13No.9Sep.2002光栅投影三维轮廓测量及关键技术分析牛小兵林玉池赵美蓉程冬梅蒋诚志(天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072D摘要:说明了光栅投影三维测量技术的原理就国内外的研究和应用状况对三维测量中的关键技术如相位测量解相位数据配准和拼接系统结构的调整和标定等进行了分析综述O关键词:三维轮廓测量光栅投影相位测量叠相还原配准拼接标定中图分类号:TN247文献标识码:A文章编号:1005-00SG(2002D09-09S3-043DProfilometrymea

2、surementusingGratingProjectionandKeytechniguesanalysisNIUXiao-binglINYu-chiZHAOMei-rongCHENGDong-meiJIANGCheng-hi(StatekeylaboratoryofPrecisionMeasuringTechnologyandInstrumentsTianjinUniversityTianjin300072ChinaDabstract:Theprinciplesof3-Dmeasurementarereviewedbrieflyfirst.Onthebasisofcurrentres

3、earchandapplicationsomekeytechniGuesincludingphasedemodulationphaseunwrappingphysicaldisconti-nuitiesdataregistrationandconnectionandsystemoptimiationandcalibrationareinverstigatedinde-tail.KeyIords:3-DprofilometrymeasurementGratingprojectionPhasedemodulationPhaseunwrap-pingRegistrationandconnec

4、tionCalibration.l直接三角法l引言直接三角法的基本原理如图1所示O激光器发出随着激光技术计算机技术以及图像处理等高新的光照射到参考平面上部分反射光通过透镜组成像技术的发展光学式非接触测量技术也得到很大发在光敏面上O当被测物轮廓高度发生变化时引起像展尤其是三维轮廓测量技术由于具有快速分辨率点在光敏面上位置的变化O由像点变化可求得高度的高非接触和数据获取速度快等优点在工业过程控变化即相对参考面的高度值O测点高度满足4制反求工程CADCAM人体测量医疗诊断1和现2(D0(D2(1D代制造系统2等方面的应用受到各方面的重视O1(0D(D测量原理基于光栅投影的三维测量就是将光栅图

5、样投影到被测物表面由摄像机获取变形的光栅像并由形变量与高度的关系来确定出轮廓相对参考平面的高度信息O根据形变量与高度关系的不同描述方法以及对光栅条纹的处理方法的不同可以将光栅投影测量大致分为2类:直接三角法和相位测量法3图l直接三角法示意图OFig.ltriangulationmethod收稿日期:2002-02-15修订日期:2002-03-0G基金项目:教育部科学技术研究重点资助项目(99140D光电子-激光2002年第13卷-984-当激光器投射的光点扩展成为光条时9就构成光度;P为正弦载波间距;d(x9y)为相位调制函数9包切法;当多个相同的光条同时投射时9即构成光栅投含有物面

6、信息G影法;当投射的光条在时间或空间进行编码时9构成当考虑采用发散光束照射光栅时9即不同的光栅编码图像投影法G级次在参考面上的条纹间距不同时9由图2中的三角在光栅投影中应用三角原理求轮廓高度时9关键关系可以得到物相关系9可表达为[S]是通过分析光强分布规律9准确找到条纹中心对条纹AX=中心G该方法原理简单~速度快及不易受干扰的影响92AZ(x9y)P0(L2+Mxxsin6cos6)22主要缺点是测量精度不高~不能实现全场测量G2TL2-L2sin6cos6-Mxx(sin6cos6)AX.相位测量法Z=tg6+AX/L2+Mx/L2-Mxx/L1将光栅图样投影到被测物体表面时9变形光

7、栅像X=Mxx(1-Z/L1)可以认为是由于三维物面对投影栅像的相位和振幅Y=Myy(1-Z/L1)调制的结果G因此9可以通过通信理论中的解调方法其中9X~Y和Z分别表示空间点的3个坐标;Mx9My求得因高度变化引起的相位变化9并由相位~高度关为摄像机系统放大率G系求出相对参考面的高度信息G典型的交叉光轴测量系统原理如图2所示G3关键技术基于相位测量的光栅式三维轮廓测量术测量过程可用图3描述G图3相位测量过程i.3Processofmeasur