光學(xué)三維測量技術(shù)學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1光學(xué)三維測量光學(xué)三維測量(cling)技術(shù)技術(shù)第一頁，共24頁。1 概述2 測量原理3 應(yīng)用4 總結(jié)23-02第1頁/共23頁第二頁，共24頁。1 概述光學(xué)三維測量技術(shù)是集光、機、電和計算機技術(shù)于一體的智能化，可視化的高新技術(shù)，主要用于對物體空間外形和結(jié)構(gòu)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(biāo)。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步，光學(xué)三維測量技術(shù)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(yīng)用，其中(qzhng)三維激光掃描技術(shù)發(fā)展的最為成熟，應(yīng)用也最為廣泛。23-03第2頁/共23頁第三頁，共24頁。物體三維形

2、狀測量接觸式測量非接觸式測量1 概述物體(wt)三維接觸式測量的典型代表是三坐標(biāo)測量機(CMM，Coordinate Measuring Machine)。非接觸(jich)式三維測量不需要與待測物體接觸(jich)，可以遠距離非破壞性地對待測物體進行測量。23-04第3頁/共23頁第四頁，共24頁。1 概述圖1：三坐標(biāo)(zubio)測量機23-05第4頁/共23頁第五頁，共24頁。1 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(shù)光波技術(shù)超聲波技術(shù)三角法干涉法飛行時間法23-06第5頁/共23頁第六頁，共24頁。1 概述非接觸式測量微波技術(shù)光波

3、技術(shù)超聲波技術(shù)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。23-07第6頁/共23頁第七頁，共24頁。1 概述光波技術(shù)三角法干涉法飛行時間法飛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(xué)三維測量技術(shù)，以傳統(tǒng)的三角測量為基礎(chǔ)，通過待測點相對于光學(xué)基準(zhǔn)線偏移產(chǎn)生的角度變化計算該點的深度信息。23-08第

4、7頁/共23頁第八頁，共24頁。2 測量原理1、飛行(fixng)時間法：一個激光脈沖信號從發(fā)射器發(fā)出，經(jīng)待測物體表面漫反射后，沿幾乎相同的路徑反向傳回接收器，檢測光脈沖從發(fā)出到接受時刻的時間延遲t，就可以計算出距離z。結(jié)合附加的掃描裝置(zhungzh)使光脈沖掃描整個物體就可以得到三維面型數(shù)據(jù)。飛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要得到高的測量精度，測量系統(tǒng)必須要有極高的時間分辨率。23-09第8頁/共23頁第九頁，共24頁。2 測量原理2、干涉(gnsh)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

5、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，只能測量圍觀表面的形貌和微小位移，不適于宏觀(hnggun)物體的檢測。23-10第9頁/共23頁第十頁，共24頁。2 測量原理3、三角測量法：光學(xué)三角法是最常用的一種光學(xué)三維測量技術(shù)，以傳統(tǒng)的三角測量為基礎(chǔ)，通過待測點相對于光學(xué)基準(zhǔn)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(fngsh)的不同，光學(xué)三角法可分為兩大類：被動三角法和基于結(jié)構(gòu)光的主動三角法。23-11第10頁/共23頁第十一頁，共24頁。2 測量原理基于三角測量原理的三維測量技術(shù)基于結(jié)構(gòu)光的主動三角法被動三角法數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)雙目視覺點

6、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(shù)如：相位測量輪廓術(shù)傅里葉變換輪廓術(shù)序列編碼技術(shù)如：格雷（Gray）編碼序列彩色編碼技術(shù)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23-12第11頁/共23頁第十二頁，共24頁。2 測量原理23-13第12頁/共23頁第十三頁，共24頁。2 測量原理直射式三角(snjio)法：激光器發(fā)出的光垂直入射到被測物體表面，Scheimpflug 條件可表示為待測表面與參考面的距離x為同理可計算出斜射式時x為23-14第13頁/共23頁第十四頁，共24頁。3 應(yīng)用 逆向工程是一種新

7、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(gòu)造效果，重構(gòu)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(chnpn)或模具的開發(fā)制造周期。利用光學(xué)三維測量技術(shù)生成的虛擬模型可以實現(xiàn)快速響應(yīng)設(shè)計制造，3D光學(xué)數(shù)字化系統(tǒng)與CAD/CAM/CAE以及RP&M集成可以構(gòu)成基于虛擬模型的快速響應(yīng)的設(shè)計和制造系統(tǒng)，主要優(yōu)點包括：實際物體的準(zhǔn)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(shè)計和制造中節(jié)省投入的時間和資金。1、逆

8、向(n xin)工程：23-15第14頁/共23頁第十五頁，共24頁。3 應(yīng)用23-16第15頁/共23頁第十六頁，共24頁。3 應(yīng)用條紋投影的三維成像系統(tǒng)(xtng)實例23-17第16頁/共23頁第十七頁，共24頁。3 應(yīng)用2、三維人體(rnt)測量：三維人體測量是以光學(xué)測量為基礎(chǔ)，使用視覺設(shè)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(yxi)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(zhuǎn)換距離數(shù)據(jù)產(chǎn)生三維圖像。 23-18第17頁/共23頁第十八頁，

9、共24頁。3 應(yīng)用3、醫(yī)學(xué)圖像(t xin)三維表面重建：現(xiàn)代(xindi)醫(yī)療診斷常常需要借助一些輔助設(shè)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(shù)在現(xiàn)代(xindi)臨床醫(yī)學(xué)中起著越來越重要的作用.醫(yī)生可以將重構(gòu)出的器官圖像進行旋轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)關(guān)系，從而幫助醫(yī)生做出準(zhǔn)確的診斷和制定正確的手術(shù)方案。23-19第18頁/共23頁第十九頁，共24頁。3 應(yīng)用3、醫(yī)學(xué)圖像三維表面重建：光學(xué)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(bjio)牙齒的差異，以及外科、骨科用于脊柱及側(cè)凸的檢測，假牙假肢的量身定做。如圖：

10、生物醫(yī)學(xué)成像實例(shl)23-20第19頁/共23頁第二十頁，共24頁。3 應(yīng)用除此之外，光學(xué)三維測量技術(shù)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)(shj)，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(shù)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(lǐng)域。23-21第20頁/共23頁第二十一頁，共24頁。4 總結(jié)光學(xué)三維信息獲取技術(shù)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(shù)的飛速進步(jnb)，計算機圖形圖像處理、輔助設(shè)計、多媒體技術(shù)越來越廣泛深入地應(yīng)用于工業(yè)、國防、醫(yī)學(xué)、影視業(yè)、廣告等各個領(lǐng)域，人們經(jīng)常需要能迅速地獲得物體表面的三維信息，將其轉(zhuǎn)變成計算機能直接處理的數(shù)據(jù)。如何將現(xiàn)實世界的立體彩色信息輸入計算機的問題是光學(xué)三維測量技術(shù)的研究重點，無論何時，基于計算機視覺的三維信息獲取技術(shù)將顯示其不可替代的重要作用。 23-22第21頁/共23頁第二十二頁，共24頁。謝謝(xi xie)！23-23第22頁/共23頁第二十三頁，共24頁。NoImage內(nèi)容(nirng)總結(jié)會計學(xué)。物體(wt)三維接觸式測量的典型代表是三坐標(biāo)測量機(CMM，Coordinate Measurin