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淺析機器視覺技術之光學三維測量
點擊次數:5510   發布時間:2012-05-24 08:32:52
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     自2003年起,中國院校開始開設基于圖像處理和底層函數運算的機器視覺類課程,機器視覺自2005年后迎來空前發展階段。其中,工業缺陷檢查和尺寸測量是其主要運用領域之一,視覺檢測及測量系統已被廣泛運用。其中基于條型結構投影原理的光學三維測量可以實現非接觸的測量屬于一種相對簡便和古老的方法。這種技術就象是把近景攝影測量技術與三維激光抄數技術合在了一起,是一種經濟型的三維測量技術,在機器視覺時代有著先天的優越性。這是一種主動式測量技術,無論形狀如何,都可以得到被測物的數字化的三維輪廓尺寸。

     與傳統的機械測量不同,基于機器視覺技術的光學測量可以在一個大的工作區域內很快的測量出物體的三維形態參數。此外,這種技術還可用來測定物體的一些附加的細節特性,比如物體表面的粗糙程度等。但是,其測量精度與成像倍率成正比,要做到微米級精度測量就必須將成影倍率提升到30*倍以上(電子倍率),亞像素處理技術有利于提高精度而降低對倍率的依求。但是,亞像素處理技術受環境影響很大,過高依賴亞像素處理會導致儀器性能不夠移定和應用環境受限。

     在使用結構光進行3D測量時,依照三角測量原理,光源把黑白間隔的條紋圖案投射到被測量的區域上,然后工業相機裝置來記錄結果圖案。在這測量過程中,工業相機被固定在一個與光源投影光軸有一預定夾角的傾斜位置。通過條紋的密度或條紋形狀的改變信息我們可反推出被測物體的三維特性。其原理就是通過固定的夾角測出水平偏移量和通過三角函數計算出垂直分量,即Z值。如原理圖如下:
 

 

 

     為了準確地確定被測量剛體上的每個點的空間坐標,需要對這些黑白相間的結構光條紋進行編碼。這種編碼是利用干涉儀的相移原理,將一依余弦(COS)函數強度分布的結構光進行疊加。這個過程產生的圖像就是記錄了一重疊的相位圖,由此,采用合適的算法解析記錄的疊加相位就可得到被測物體的三維特性。

     在醫學和牙醫檢測中,條形結構光測量得到很好的應用,同時在如新產品結構設計(反構工程)等各工業領域也得到了廣泛的應用。尤其是作為一種測量工具和工件外形尺寸的手段,光學3D測量以其它接觸測量方法在低精度測量領域有著無可比擬的高性能、可靠性以及高速測量速度,并在汽車和航空工業的柔性測量中得到廣泛的應用。

    在基于機器視覺技術的視覺檢測及測量系統中,無論是工業相機、工業鏡頭、還是視覺光源,其每個組件的性能都決定了系統的穩定性及系統檢測、測量結果的精度。然而,光學系統有三種,即照相系統、顯微系統與望遠系統,顯微光學系統下的高速和高精度正是賽克數碼產品的主要研發與應用地帶。
 

 

 

 

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