一種任意擺放的面結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)
面結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)是近幾年飛速發(fā)展的光學(xué)三維測量技術(shù),是基于條紋投影的物體三維面形重建技術(shù)。它利用物體面形對標(biāo)準(zhǔn)正弦條紋圖的相位調(diào)制并對圖像進(jìn)行相位解調(diào)實(shí)現(xiàn)物體三維檢測。該系統(tǒng)包括高質(zhì)量面結(jié)構(gòu)光投影模塊、低失真圖像采集模塊及快速的數(shù)據(jù)處理算法。該測量系統(tǒng)中,標(biāo)定準(zhǔn)確的相位與空間三維坐標(biāo)的關(guān)系是該三維測量技術(shù)至關(guān)重要的步驟。由于面結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)具有速度快、非接觸、精度高等優(yōu)點(diǎn)逐步受到人們的重視,它被認(rèn)為是目前最有前途、最有發(fā)展?jié)摿Φ娜S測量技術(shù)。 一、主要功能和應(yīng)用領(lǐng)域 該面結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)結(jié)合特定的標(biāo)定技術(shù),確定各個(gè)系統(tǒng)參數(shù),建立相位與空間三維坐標(biāo)的數(shù)學(xué)關(guān)系,改善系統(tǒng)的精確度及靈和性。該測量系統(tǒng)適用于工業(yè)制造、產(chǎn)品檢測、模具設(shè)計(jì)、逆向工程、生物醫(yī)學(xué)、文物保護(hù)、機(jī)器視覺等領(lǐng)域,具有廣闊的應(yīng)用前景。 二、特色及先進(jìn)性 1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)任意擺放 該任意擺放面結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)的組成部件在空間位置相對任意,易于在實(shí)地測量中使用。它在幾何結(jié)構(gòu)、光路等方面沒有嚴(yán)格的平行性、垂直性要求,僅需要圖像采集系統(tǒng)的視場被投影系統(tǒng)的視場所覆蓋。 2、標(biāo)定技術(shù)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且使用靈活 系統(tǒng)標(biāo)定的過程中,僅需一種打印的棋盤格作為標(biāo)定板,相比于制作困難且成本高昂3D標(biāo)準(zhǔn)件,該技術(shù)成本低,具有極高的實(shí)用性。同時(shí),標(biāo)定板的位置可以隨機(jī)、任意放于測量視場中的任何一個(gè)空間位置,相比于現(xiàn)行的標(biāo)定技術(shù),具有極大的靈活性。 3、高分辨率 基于任意擺放面結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng),避免現(xiàn)行測量方法中因系統(tǒng)設(shè)置不準(zhǔn)而造成的測量誤差;考慮鏡頭引起的畸變現(xiàn)象,對每個(gè)像素點(diǎn)標(biāo)定,降低畸變對測量結(jié)果的不良影響;采用最小二乘擬合算法,對多組數(shù)據(jù)擬合,保證相位與空間三維坐標(biāo)關(guān)系的準(zhǔn)確性。 4、測量系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo) 物體面形三維測量對測量儀器的分辨率、穩(wěn)定性有較高要求,且部分算法復(fù)雜,所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用聯(lián)機(jī)方式。系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo):測量范圍:200mm×300mm×200mm,且連續(xù)可調(diào);橫向分辨率:可達(dá)0.06mm(主要受相機(jī)分辨率的限制,本系統(tǒng)采用AVT-GT1660C相機(jī));縱向分辨率:可達(dá)0.02mm 四、能為產(chǎn)業(yè)解決的關(guān)鍵問題和實(shí)施后可取得的效果 1、基于任意擺放面結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng),解決傳統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)置難度大、對測量環(huán)境穩(wěn)定要求高的困難。 2、標(biāo)定技術(shù)可適用于任何面結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng),解決了現(xiàn)行標(biāo)定技術(shù)使用范圍較窄的問題。 3、該測量系統(tǒng)和標(biāo)定技術(shù)具有高分辨率且經(jīng)濟(jì)實(shí)用,極大提高面結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)測量精度,拓展了面結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。
電子科技大學(xué)
2021-04-10