三維測量系統原理的總結

2021-07-09 20:30:27 字數 1121 閱讀 9392

三維測量是集光、機、電、算(數學和計算機)技術於一體的高新技術,主要用於對物體空間外形和結構進行掃瞄,以獲得物體表面的空間座標。它的意義主要在於能夠將實物的三維資訊轉換為計算機能直接處理的數碼訊號,為實物數位化提供了相當方便快捷的手段。常見的三維物體形狀檢測方法可以分為接觸式和非接觸式兩大類,在這裡本文主要針對非接觸測量的相關技術進行總結介紹。

1、雙目立體視覺

雙目立體視覺是機器視覺的一種重要形式,它是基於視差原理並由多幅影象獲取物體三維幾何資訊的方法。雙目立體視覺系統一般由左右攝像機從不同角度同時獲得被測物的兩幅數字影象,或由單攝像機在不同時刻從不同角度獲得被測物的兩幅數字影象,並基於視差原理恢復出物體的三維幾何資訊,重建物體三維輪廓及位置。

難點在於:影象匹配精度以及三維重建。

2、結構光

結構光測量基本思想是利用結構光照明中的幾何資訊幫助提供景物中的幾何資訊,根據相機,結構光,物體之間的幾何關係,來確定物體的三維資訊。它是一種常用的、直接獲取深度資訊的方法,最早出現是為了解決立體視覺中影象匹配的難題而提出來的,具有測量精度高、快速全場測量、結構簡單、易於實現等優點。

缺點在於:對物體表面特性和反射率有限制,如偏暗的表面、鏡面反射表面、透明或者半透明材料都難以測量,有陰影區域的物體測量時會出現遮擋情況,遠距離測量精度不高等。

3、飛行時間法

飛行時間法的原理是基於測量雷射或其他光源脈衝光束的飛行時間進行點位測量。在測量過程中,物體脈衝經反射回到接收感測器,參考脈衝穿過光纖也被感測器接收,這樣會產生時間差,就可以把兩脈衝時間差轉換成距離。通俗點講就是通過檢測光脈衝從發出到接受之間的時間延遲從而計算得到距離資訊。結合掃瞄裝置使光脈衝掃瞄整個物體就可以得到三維資訊。一般時間飛行法的典型解析度約為1mm,若採用亞皮秒雷射脈衝和高時間解析度的電子器件,深度解析度可達到亞公釐量級。

痛點:飛行時間法是以對訊號檢測的時間解析度換取距離的測量精度。

4、虛擬雙目+數字影象相關

虛擬雙目本質上是乙個單目相機,通過光學系統,模擬出雙目的效果,從而達到雙目立體測量。

數字影象相關是通過 採集同一物體在不同位置上的兩幅影象,確定物體同一點在不同像面上的相互匹配關係,來獲得物體空間點的三維座標。

難點:由於匹配精度的影響,影象分析法對形狀的描述主要是用形狀上的特徵點、邊界線與特徵描述物體的形狀,故較難精確地描述複雜曲面的三維形狀。

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