线激光阵列3D光学轮廓测量研究

发布时间：2020-04-21 21:51

【摘要】：随着互联网的发展和工业制造领域进入智能制造,物体的体积、颜色、形状等物理信息的测量在工业测量中变得越来越重要。而物体的形貌测量或者三维信息重建技术在工业测量领域的研究十分活跃。在物体轮廓测量技术中,按照测量方式可分为接触与非接触测量方法;接触式测量比如传统的机械探针法,而非接触式如光栅投影,激光干涉等。非接触式以其快速而又适应各种大小的物体测量,结合计算机视觉算法非常便于自动化等特点在快速高效测量领域而尤为受到研究。以上三维测量按其原理,可测量的精度以及范围也各为不同,测量速度和精度也相差较大,比如传统的机械探针方法,测量十分耗时且但是精度很高,而常用的光栅投影虽然精度可以做得较高实且实时,但是受外部光照环境、测量范围较小,只能测量近距离范围物体等缺点。另外被动式三维测量方式中常常使用多视角方法,这种方式不需要向被测物表面发射测量信号,但是对摄像设备和图像处理部分的算法要求较高,用错率较差。而激光作为一种单色性好、亮度高的相干光源,对于物体三维测量领域有着其他方式不可替代的优势。本课题三维测量使用激光条纹作为光源,包括基于激光剪切干涉的激光条纹和拼接的线激光条纹阵列,搭建了基于激光剪切干涉和线激光阵列的软硬件系统。前者使用干涉的方式产生条纹,可以产生十分细密的干涉条纹可以配合显微设备实现高精度测量。而使用线激光这列的方式可以提高测量的抗环境光干扰,且不需要使用带通滤波的优点,在快速测量上具有很大优势。在测量算法上尝试了使用相位轮廓术和单目摄像头标定重建两种方式。前者在针对尺寸较小且有丰富细节的物体时,获取细密的受调制的物体信息,使用傅里叶变换轮廓术得到小目标的二维相位分布,并通过解包裹算法反映出测量目标实际的相位关系,再根据剪切干涉物体表面高度与相位的关系,即可得到较小物体轮廓信息。单目摄像头标定重建方法可以快速获取被测物体三维信息,通过高精度标定方法可以准确获取到物体点云信息,这种方式通过对单目相机沿着景深方向多位置标定获取任意位置的相机外参,在通过深度平面的标定确定每条激光线的相对位置,然后提取激光条纹进行还原并得到相应深度信息,然后使用OPENGL进行点云重建生成表面轮廓。
【图文】：

立体视觉法,飞行时间法,电磁测量,超声波测量

即是通过多相机拍摄固定目标，如图1-1 所示，通过匹配和计算物体特征点信息计算出变换矩阵，特征点融合从而在一个三维坐标系下反映出物体的点云信息。但是该方法通常要求物体有足够多的比较明显的特征点，而且计算量也较大，不能较好测量有遮挡面的特征点，容易出现较大的误差。图 1-1 多目立体视觉法电磁测量法或超声波测量中的飞行时间法，，如图 1-2 所示即 TOF[12],是一种常用的三维轮廓测量方式，其原理是利用发射器发射信号，发射出来的连续信号在物体表面产生反射，由于物体表面不同位置反射的信号在接收器一端接收到的信

条纹,激光三角法

图 1-2 时间飞行法其原理是利用激光的照射在目标表面受到调制形深度信息，由于激光发射器，光接收传感器，激光为激光三角法。具有结构简单，测量速度快，具。但是在直射式三角法当中，由于镜头孔径较小散光干扰，分辨率低，而对于斜入射三角法，对法被测量到，容易出现漏检现象。由计算机控制投影设备产生所需的光信息，投影面反射，然后通过接受设备接受到反射的调制光光栅投影就是利用结构光产生的条纹进行测量的
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN249;TP391.41

【参考文献】