主动三维光学测量技术研究

【摘要】：主动三维光学自动测量技术由于具有非接触、高精度、以及易于自动控制的特点,在工业检测、生物医学、产品质量控制、逆向工程等领域有广泛的应用价值。特别是大范围高速三维光学测量技术在汽车自动驾驶、机器人视觉等方面有广阔应用前景,是目前的研究热点和未来发展趋势。本论文重点研究了两种主动三维光学测量技术,即光学位相测量轮廓术(PMP)和基于阵列激光探针的三维测量技术。 首先本论文采用发散照明结构,利用一台投影仪和一台数码相机搭建了一套PMP实验系统,在MATLAB环境下编制了相应的相位采集、相位展开和高度计算程序,并对多种样品进行了实验测量,同时讨论了在投影仪光轴与数码相机光学镜头光轴不相交的非理想情况下的PMP的标定方法。 进一步本论文提出了一种基于阵列激光探针的三维测量方法,它采用数字光学位相共轭原理把大量激光探针投射到三维空间预定位置,通过拍摄这些激光探针在物体表面的反射光斑直接计算物体表面位置。论文对该方法的测量精度、测量速度、测量范围等进行了系统理论分析,同时还完成了初步实验验证。研究表明笨于阵列激光探针的三维测量方法具有检测速度快、测量面积大和检测精度高的特点,可以以每秒1百帧的速度进行拍摄测量,在汽车自动驾驶、机器人视觉等领域有广阔应用前景。