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第32卷增刊光学技术Vol.32Suppl.

2006年8月OPTICALTECHNIQUEAugust2006

文章编号:1002-1582(2006)S-0654-05
基于光学原理的三维形貌测量技术研究
吴兆喜,黄元庆
(厦门大学机电工程系,福建厦门361005)
摘要:为了加快产品开发和保证产品制造质量需要对物体的三维形貌进行精确的测量。光学形貌测量技术由于
其高分辨率、无破坏、数据获取速度快等优点而被认为是最有前途的三维形貌测量方法。介绍了各种基于光学原理的三
维形貌测量技术,并作了比较深入的分析和对比,为正确和广泛应用三维形貌测量技术提供了参考。给出了在该领域的
发展方向和研究热点。
关键词:光学测量;三维形貌;综述
中图分类号:TH74文献标识码:A
Studyonopticalmethodsfor3-Dshapemeasurement
WUZhao-xi,HUANGYuan-qing
(DepartmentofMechanicalandElectricalEngineering,XiamenUniversity,Xiamen361005,China)
Abstract:Inmodernindustry,itisnecessarytomeasureaccuratelythe3-Dshapeofobjecttospeedupproductdevelop-
mentandensuremanufacturingquality.Opticalmethodsforshapemeasurementareconsideredasthemostpromisingonebe-
causeofthehighresolution,rapidobtainmentofthedata,andnondestructivequality.Variousopticalmethodsfor3-Dshape
measurementarediscussed,theirbasicprinciple,advantagesanddisadvantagesarealsopresented.Areferenceisgivenoutfor
rightuseandwideapplicationof3-Dopticalmeasurement.Thecurrentresearchfocusandsomeideaaboutperspectivetrendare
presented.
Keywords:opticalmeasurement;3Dshape;overview
几种不同的测量原理,它们取长补短,相互渗透,因
1引言
此本文的分类并不是绝对的。
在三维形貌测量技术中,由于传统的探针式接2.1飞行时间法
触测量方法存在测量时间长、结构复杂、需要进行测这种方法以直
头半径补偿、不能测量软质材料等局限性,因而已很接测量激光或其他光
少使用。而基于光学测量原理的三维形貌测量技术源脉冲的渡越时间为
由于其测量的非接触性、高精度和高分辨率等优点,基础[1],如图1所示。
再加上采用了各种高性能器件,如半导体激光器在测量中,一个目标
图1飞行时间法原理图
LD、电荷耦合器件CCD、CMOS图像传感器、位置传脉冲反射回接收传感
感器PSD、数字光学投射器DLP,使得光学三维形器而一个参考脉冲通过光纤传送也被传感器接收。
貌测量技术在CAD/CAE、逆向工程、在线检测与质这两个脉冲的时间差被转换成距离。这种方法的典
量保证和机器视觉等领域得到了日益广泛的应用,型的分辨率是在毫米范围。如果采用半导体激光亚
已成为一种最有前途的三维形貌测量方法。皮秒的脉冲和高精度的电子元件,可以达到亚毫米
的精度。
2测量原理
2.2双目视觉检测法
基于光学原理的三维形貌测量技术种类繁多,双目视觉检测法是基于三角法原理进行测量
根据不同的标准得出的分类也有所不同。下面将各的,即两个摄像机的图像平面和被测物体之间构成
种方法按原理的不同加以分类介绍,并作简单的比一个三角形。若已知两摄像机之间的位置关系,便
较。应当指出的是,在某一种测量方法中往往包含可以测量两摄像机公共视场内物体的三维尺寸以及

收稿日期:2006-06-13E-mail:[e-mail]
作者简介:吴兆喜(1981-),男,福建省人,厦门大学机电工程系博士研究生,主要从事高精度三维形貌检测的研究。
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增刊吴兆喜,等:基于光学原理的三维形貌测量技术研究

空间物体特征点的三维坐标。测量中最关键的技术测量透镜,这个阵列上的每个显微镜头都有很高的
是实现空间特征的精确匹配,即求解空间在两个不数值孔径,从