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3D视觉测量原理技术展示(一)

  • 2018-03-21

    3D视觉测量原理

    要谈3D视觉应用方案,就必须先弄清楚光学测量分类以及其原理。光学测量分为主动测距法和被动测距法。

    主动测距方法的基本思想是利用特定的、人为控制光源和声源对物体目标进行照射,根据物体表面的反射特性及光学、声学特性来获取目标的三维信息。其特点是具有较高的测距精度、抗干扰能力和实时性,具有代表性的主动测距方法有结构光法、飞行时间法、和三角测距法。

3D视觉测量结构图

    1.主动测距法

    (1)结构光法

    根据投影光束形态的不同,结构光法又可分为光点式结构光法、光条式结构光法和光面式结构光法等。

结构光法


    目前应用中较广,且在深度测量中具有明显优势的方法是面结构光测量法。面结构光测量将各种模式的面结构投影到被测物体上,例如将分布较密集的均匀光栅投影到被测物体上面,由于被测物体表面凹凸不平,具有不同的深度,所以表面反射回来的光栅条纹会随着表面不同的深度发生畸变,这个过程可以看作是由物体表面的深度信息对光栅的条纹进行调制。所以被测物体的表面信息也就被调制在反射回来的光栅之中。通过被测物体反射回来的光栅与参考光栅之间的几何关系,分析得到每一个被测点之间的高度差和深度信息。

    结构光的优点是计算简单,测量精度较高,对于平坦的、无明显纹理和形状变化的表面区域都可进行精密的测量。其缺点是对设备和外界光线要求高,造价昂贵。目前,结构光法主要应用在条件良好的室内。

    (2)飞行时间法(ToF)

    飞行时间(TimeofFlight,简称ToF)法,又叫做激光雷达(LiDAR)测距法。它将脉冲激光信号投射到物体表面,反射信号沿几乎相同路径反向传至接收器,利用发射和接收脉冲激光信号的时间差可实现被测量表面每个像素的距离测量。

飞行时间法

    ToF直接利用光传播特性,不需要进行灰度图像的获取与分析,因此距离的获取不受物体表面性质的影响,可快速准确地获取景物表面完整的三维信息。缺点则是需要较复杂的光电设备,价格偏贵。

    (3)三角测距法

    三角测距法又称主动三角法,是基于光学三角原理,根据光源、物体和检测器三者之间的几何成像关系来确定空间物体各点的三维坐标。在实际测量过程中,它常用激光作为光源,用CCD相机作为检测器。这种方式主要用于工业勘探、工件表面粗糙度检测、轮胎检测、飞机检测等工业、航空、军事领域,在消费电子类产品还不曾涉及。

三角测距法

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