【光电通信】光学三维测量技术的原理

今日光电 2024-02-20 18:00

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光学三维测量技术是一种重要的非接触式测量方法，广泛应用于工程、制造、设计等领域。通过利用光学原理和计算机视觉技术，光学三维测量技术能够实现对物体的精确测量和形状重建。其具有高精度、高效率、非破坏性等优势，逐渐成为工业界和科研领域中不可或缺的工具。

然而，光学三维测量技术在其发展过程中也面临着一些困难和挑战。复杂物体的几何结构和表面特征使得测量变得更加复杂，光照条件和环境干扰可能导致测量结果的偏差，数据处理和算法的复杂性要求更高的计算能力和算法效率，而标定和校准则对系统的准确性和稳定性提出了更高要求。

结构光投影法

原理：结构光投影法利用投影仪将编码的光线投射到目标物体上，形成光栅或条纹图案。通过相机记录目标物体上的光栅或条纹图案，并通过图像处理算法提取出图案的形状信息，从而得到目标物体的三维形状。

技术细节：结构光投影法通常使用蓝光或白光投影仪作为光源，并使用光栅或二维条纹编码图案。光栅或条纹图案被投影到目标物体上，目标物体的表面形状会导致图案产生形变。通过相机拍摄图案形变后的图像，并与原始编码图案进行比较和分析，可以计算出目标物体的三维形状信息。

激光投影法

原理：激光投影法利用激光束作为光源，通过将激光束聚焦到目标物体表面上，形成点、线或面等形状的光斑。再通过相机记录光斑的位置或形状信息，并利用三角测量原理计算目标物体的三维坐标。

技术细节：激光投影法通常使用激光器产生激光束，通过透镜或光学系统将激光束聚焦到目标物体上。激光束与目标物体表面相交，产生明亮的光斑。相机记录光斑的位置或形状信息，并通过标定和三角测量原理计算出目标物体的三维坐标。

白光干涉法

原理：白光干涉法利用分束器将一束白光分成两束，分别照射到目标物体和参考面上。经过反射后的光束再次汇聚，形成干涉图案。通过分析干涉图案中的亮暗条纹，可以计算出目标物体的表面高度信息。

技术细节：白光干涉法通常使用分束器、反射镜和相机构成干涉测量系统。一束白光被分束器分成参考光和测量光两束，分别照射到目标物体和参考面上。经过反射后的光束再次汇聚，形成干涉图案。通过相机记录干涉图案，并进行图像处理和分析，可以计算出目标物体表面的高度信息。

相位测量法

原理：相位测量法利用相机记录目标物体上的干涉条纹图案，并通过分析图案的相位差来推导出目标物体的高度或形状信息。

技术细节：相位测量法包括多种具体的技术，如二次频率法、载波相移法和全息干涉法等。这些方法都利用相机记录干涉图案，然后通过相位解析算法来提取出干涉图案中的相位信息。通过相位信息的变化，可以计算出目标物体的高度或形状。这些是光学三维测量技术中常用的几种方法和原理的详细解释。不同的应用场景可能会选择不同的技术来实现三维测量，并结合图像处理、计算机视觉和数学算法等方法来提取和分析三维形状信息。

来源：光电咨讯