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淺談光學(xué)三維測量技術(shù)
逆向工程是利用光學(xué)三維測量設備獲取物體表面上所有點(diǎn)的三維立體坐標，下面是小編搜集整理的一篇探究光學(xué)三維測量的論文范文，供大家閱讀參考。
摘 要：光學(xué)三維測量屬于非接觸式光學(xué)面形測量方法，能快速準確測量出物體的表面形狀，被廣泛地應用在機械、電影等領(lǐng)域。文章概述了光學(xué)三維測量技術(shù)的分類(lèi)，介紹了幾種常見(jiàn)的光學(xué)測量技術(shù)及其在各個(gè)領(lǐng)域的應用。
關(guān)鍵詞：光學(xué)三維測量;三維激光掃描;面結構光
光學(xué)三維測量是指運用光學(xué)方法獲取物體表面的三維立體坐標的技術(shù)。光學(xué)三維測量利用現代光學(xué)技術(shù)成就，結合光電子學(xué)、計算機圖像處理等學(xué)科成就發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)測量技術(shù)。
1 光學(xué)三維測量的分類(lèi)
光學(xué)三維測量技術(shù)按測量原理可以分為攝影測量方法、結構光技術(shù)和光學(xué)干涉方法。攝影測量法是基于多視角的非主動(dòng)式測量方法。在普通照明(陽(yáng)光、日光燈)情況下，由攝像頭獲取多視角物體圖像，利用計算機查找多幅圖像的同態(tài)標記點(diǎn)，進(jìn)而獲得物體的表面形貌。結構光技術(shù)通過(guò)不同寬度且明暗相間的結構光照射被測物體表面，獲取到的經(jīng)物體調制的圖像，再經(jīng)過(guò)計算獲取物體的立體形貌信息。光學(xué)干涉法是利用干涉原理進(jìn)行測量，具有高精度、高分辨率等優(yōu)點(diǎn)。以下介紹幾種常見(jiàn)的光學(xué)三維測量方法。
三維激光掃描技術(shù)根據光學(xué)三角形測量原理，以激光作為光源，光電探測器接收反射光，通過(guò)對采集到數據進(jìn)行計算得到物體的深度信息。三維激光掃描儀包括發(fā)射器和接收器。發(fā)射器射出一束脈沖激光，激光經(jīng)過(guò)物體表面漫反射，沿相同路線(xiàn)射入接收器。由脈沖激光發(fā)射到反射被接收的時(shí)間tL可計算出掃描點(diǎn)到掃描儀的距離值S。掃描儀內精密測量系統獲取每個(gè)激光脈沖的水平方向角α和垂直方向角度β。依據上述數據計算出掃描點(diǎn)的三維空間坐標(XP、YP、ZP)[1]。
雙目視覺(jué)技術(shù)屬于攝影測量方法，是通過(guò)視差原理被動(dòng)測量三維數據的技術(shù)。雙目視覺(jué)技術(shù)測量物體三維形貌的原理是，從兩個(gè)或以上的視角去觀(guān)察一個(gè)物體，獲得多張不同視角下物體的二維圖片，根據三角測量原理得出同一個(gè)像素點(diǎn)的坐標偏差，以此獲得測量物體的三維形態(tài)。此過(guò)程與人眼的立體視覺(jué)原理相類(lèi)似[2]。
面結構光系統由投影儀和數碼相機組成。投影儀將明暗相間光柵條紋投影到待測物體上。物體高度的變化引起光柵條紋的形變。條紋形變可認為是載波信號相位和振幅被空間物體調制。數碼相機拍攝調制后的圖像，對其進(jìn)行解調制，獲得物體的整個(gè)高度信息值，依照三角法原理，形成物體的三維立體影像[3]。
2 光學(xué)三維測量的應用
光學(xué)三維測量技術(shù)具有諸多優(yōu)勢，如非接觸式測量、高精確度、快速獲得結果等。光學(xué)三維測量技術(shù)主要應用在虛擬現實(shí)、逆向工程、醫學(xué)工程等領(lǐng)域。
2.1 虛擬現實(shí)
利用光學(xué)三維測量技術(shù)對實(shí)物外形進(jìn)行三維形貌掃描，經(jīng)過(guò)三維建模軟件處理，在計算機內生成人物、場(chǎng)景的三維模型。由三維模型生成人物動(dòng)作，實(shí)現動(dòng)畫(huà)制作，滿(mǎn)足電腦游戲、CG特效等場(chǎng)合需要。
2.2 逆向工程
逆向工程是利用光學(xué)三維測量設備獲取物體表面上所有點(diǎn)的三維立體坐標，根據坐標點(diǎn)信息利用三維設計軟件進(jìn)行實(shí)物模型重建的過(guò)程。逆向工程獲得的模型被用于改進(jìn)、完善原有的產(chǎn)品，被廣泛地應用到磨具開(kāi)發(fā)、汽車(chē)制造等領(lǐng)域，是現代產(chǎn)品快速開(kāi)發(fā)的重要技術(shù)手段。
2.3 生物、醫學(xué)工程
運用光學(xué)三維測量技術(shù)獲得人體骨骼、肌肉的數據用于人體工程學(xué)研究。例如根據人體相關(guān)三維數據，制作出符合人體生理結構的防護頭盔、防護服等。三維光學(xué)測量技術(shù)還可以測量傷口的尺寸、分析人的面部結構、設計牙齒矯形手術(shù)等。
參考文獻
[1]潘建剛.基于激光掃描數據的三維重建關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京：首都師范大學(xué)，2005.
[2]隋婧，金偉其.雙目立體視覺(jué)技術(shù)的實(shí)現及其進(jìn)展[J].電子技術(shù)應用，2004，30(10)：4-7.
[3]宋萬(wàn)忠，蘇顯渝.基于結構光投影的三維物體識別[J].光電子・激光，1999，10(1)：59-62.
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