光學三維測量技術ppt課件

1、23-011光學三維測量技術郗珍妹 物研1306班23-0121 概述2 測量原理3 應用4 總結23-0131 概述光學三維測量技術是集光、機、電和計算機技術于一體的智能化，可視化的高新技術，主要用于對物體空間外形和結構進行掃描，以得到物體的三維輪廓，獲得物體表面點的三維空間坐標。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步，光學三維測量技術由于非接觸、快速測量、精度高的優(yōu)點在機械、汽車、航空航天等制造工業(yè)及服裝、玩具、制鞋等民用工業(yè)得到廣泛的應用，其中三維激光掃描技術發(fā)展的最為成熟，應用也最為廣泛。23-014物體三維形狀測量接觸式測量非接觸式測量1 概述物體三維接觸式測量的典型代表是三坐標測量機(CMM，

2、Coordinate Measuring Machine)。非接觸式三維測量不需要與待測物體接觸，可以遠距離非破壞性地對待測物體進行測量。23-0151 概述圖1：三坐標測量機23-0161 概述物體三維形狀測量接觸式測量非接觸式測量優(yōu)勢靈活性強精度高且可靠測量方便非接觸式測量微波技術光波技術超聲波技術三角法干涉法飛行時間法23-0171 概述非接觸式測量微波技術光波技術超聲波技術適合于大尺度三維測量，愛里斑半徑較大，角度分辨率低。光波波長短，角度分辨率和深度分辨率高，三維測量運用最多?？纱┩附橘|(zhì)實現(xiàn)無損檢測探傷，但需耦合介質(zhì)，限制了用范圍。23-0181 概述光波技術三角法干涉法飛行時間法飛

3、行時間法以對信號檢測的時間分辨率來換取距離測量精度，測量系統(tǒng)必須要有極高的時間分辨率，常用于大尺度遠距離的測量。測量精度高，但測量范圍受到光波波長的限制，只能測量微觀表面的形貌和微小位移，不適于大尺度物體的檢測。最常用的光學三維測量技術，以傳統(tǒng)的三角測量為基礎，通過待測點相對于光學基準線偏移產(chǎn)生的角度變化計算該點的深度信息。23-0192 測量原理1、飛行時間法：23-01102 測量原理2、干涉法：一束相干光，同過分光系統(tǒng)分成測量光和參考光，利用測量光波和參考光波的相干疊加來確定兩束光之間的相位差，從而獲得物理表面的深度信息Z(xy).這種測量方法測量精度高，但測量范圍受到光波波長的限制，只

4、能測量圍觀表面的形貌和微小位移，不適于宏觀物體的檢測。23-01112 測量原理3、三角測量法：光學三角法是最常用的一種光學三維測量技術，以傳統(tǒng)的三角測量為基礎，通過待測點相對于光學基準線偏移產(chǎn)生的角度變化計算該點的深度信息。根據(jù)具體照明方式的不同，光學三角法可分為兩大類：被動三角法和基于結構光的主動三角法。23-01122 測量原理基于三角測量原理的三維測量技術基于結構光的主動三角法被動三角法數(shù)字攝影測量技術雙目視覺點光源法點照明1D線探測器2D掃描線光源法線照明2D線探測器1D掃描面光源法面照明2D線探測器不需要掃描相位測量技術如：相位測量輪廓術傅里葉變換輪廓術序列編碼技術如：格雷（Gra

5、y）編碼序列彩色編碼技術如：彩色多通道編碼實現(xiàn)相移莫爾輪廓如：陰影莫爾投射莫爾23-01132 測量原理23-01142 測量原理23-01153 應用 逆向工程是一種新的制造手段和系統(tǒng)，通過對已有樣件或模型的內(nèi)外輪廓進行精確測量，獲得其三維數(shù)據(jù)，配合計算機軟件系統(tǒng)進行曲面重建，并在線精度分析、評價構造效果，重構CAD模型，生成IGES或STL數(shù)據(jù)，或者生成數(shù)控加工NC代碼，據(jù)此進行快速成型或CNC數(shù)控加工，從而大大縮短產(chǎn)品或模具的開發(fā)制造周期。利用光學三維測量技術生成的虛擬模型可以實現(xiàn)快速響應設計制造，3D光學數(shù)字化系統(tǒng)與CAD/CAM/CAE以及RP&M集成可以構成基于虛擬模型的快

6、速響應的設計和制造系統(tǒng)，主要優(yōu)點包括：實際物體的準確和完整的模型；提供原始CAD文件格式；曲面造型和參數(shù)實體模型；在設計和制造中節(jié)省投入的時間和資金。1、逆向工程：23-01163 應用23-01173 應用條紋投影的三維成像系統(tǒng)實例23-01183 應用2、三維人體測量：三維人體測量是以光學測量為基礎，使用視覺設備來捕獲物體外形，然后通過系統(tǒng)軟件來提取掃描數(shù)據(jù)。其工作流程分為以下四個步驟：1)通過機械運動的光源照射掃描物體；2)CCD攝像頭探測來自被掃描物體的反射圖像；3)通過反射圖像計算人體表面特定點到攝像頭的距離；4)通過軟件系統(tǒng)轉換距離數(shù)據(jù)產(chǎn)生三維圖像。 23-01193 應用3、醫(yī)學

7、圖像三維表面重建：現(xiàn)代醫(yī)療診斷常常需要借助一些輔助設備為診斷提供可靠的、完整的信息，因此，人體組織與器官的三維成像技術在現(xiàn)代臨床醫(yī)學中起著越來越重要的作用.醫(yī)生可以將重構出的器官圖像進行旋轉縮放等操作，使醫(yī)生能夠更充分地了解病情的性質(zhì)及其周圍組織的三維結構關系，從而幫助醫(yī)生做出準確的診斷和制定正確的手術方案。23-01203 應用3、醫(yī)學圖像三維表面重建：光學三維測量還廣泛用于研究面部軟組織形態(tài)和對稱性，比較牙齒的差異，以及外科、骨科用于脊柱及側凸的檢測，假牙假肢的量身定做。如圖：生物醫(yī)學成像實例23-01213 應用除此之外，光學三維測量技術還可以用于1、虛擬現(xiàn)實（提供虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)所需要的大量三維模型數(shù)據(jù)，展示三維景像，模擬未知環(huán)境和模型）；2、文物保護（三維彩色數(shù)字化技術能以不損傷物體的手段，獲得文物的三維信息和表面色彩、紋理，便于長期保存、再現(xiàn)）等諸多領域。23-01224 總結光學三維信息獲取技術有多種，每種方法各有其產(chǎn)生背景和適用范圍，各有優(yōu)缺點。隨著現(xiàn)代計算機技術的飛速進步，計算機圖形圖像處理、輔助設計、多媒體技術越來越廣泛深入地應用于工業(yè)、國防、醫(yī)學、影視業(yè)、廣告等各個領域，人