《高速掃描整體成像三維測量方法研究》是依託天津大學，由王鵬擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高速掃描整體成像三維測量方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王鵬
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
光學影像測量技術具有非接觸、速度快、自動化程度高、柔性好等突出有點，目前在工業生產製造的檢測領域也中得到了廣泛的套用。現有三維影像測量技術存在測量速度與測量精度之間的矛盾，無法滿足現代工業生產檢測的需要。因此，本課題擬將光柵投影輪廓測量速度快和線結構光測量精度高、適用於工業現場的優點相結合。以線結構光為投射光源，結合旋轉的多面稜鏡形成面結構光，通過對面陣CCD的採集曝光控制實現面結構光的整體成像。利用光柵輪廓測量技術中表面三維形貌的計算思路，研究快速掃描整體成像三維測量方法。基於此，本課題重點針對三個關鍵問題進行研究：（1）面結構光高解析度、高精度快速投射及圖像獲取；（2）研究包括對面結構光測量特徵點的拓撲關係和三維坐標計算模型參數兩方面的線上實時校準方法；（3）研究圖像亮度動態範圍自適應改善方法，通過單次拍攝獲取高亮度動態範圍的結構光圖像。
結題摘要
測量速度和測量精度是傳統三維光學視覺測量方法中的一對矛盾，為了使三維光學視覺測量達到高速，高精度，環境適應性強的目的，本課題研究雷射轉鏡高速掃描，調製雷射結構光投射高精度條紋，並且採用光學衰減器和固態圖像感測器相組合對測量成像系統的動態範圍進行擴展，實現結構光高速掃描整體成像三維光學視覺測量系統。本課題的研究進展和所取得的成果如下：1. 建立了結構光高速掃描整體成像三維測量系統，實現了高速掃描整體成像表面三維測量。構建了電機-雷射器-相機時空同步控制系統，使用光電探測器獲取雷射器投射的同步時間序列，建立電機-雷射器-相機時空同步模型，完成對時間序列的解算獲得電機轉動頻率、雷射器投射頻率和攝像機曝光時間的時空同步方法，實現了高速掃面整體成像的三維測量功能。2. 利用所建立的高速掃描整體成像三維測量系統，研究了與之相應的表面三維輪廓數據測量模型，並設計相應的測量模型參數的標定方法。使用實驗系統對印製電路板進行表面三維數據測量，驗證了該系統表面三維輪廓數據測量方法的可行性。使用實驗系統對標準塊進行表面三維測量對測量系統的精度進行了驗證，實驗結果表明系統的測量精度可達6.7μm。3. 使用LCoS對入射的光的亮度進行像素級衰減的方法設計了光學衰減器，實現攝像機拍攝高亮度動態範圍的測量圖像。提出了LCoS對CCD亮度進行像素級調節的模型及其標定方法，得到了高亮度動態範圍測量圖像的獲取方法。通過實驗驗證了高亮度動態範圍測量圖像的獲取方法，實驗結果表明該方法可以有效抑制雷射散射和雜散光對測量結果的影響。本課題的研究完成了高速掃描整體成像表面三維測量系統的關鍵技術。電路調製使得光源系統柔性可調，易實時方便地控制投射出各種條紋模式的面結構光，結合不同的光強調整方法，三維解算模型，能實現對不同測量環境，不同尺寸形貌和光學特性的被測物的三維形貌的精密測量。在高精度快速三維形貌測量中，尤其是工業現場精密器件線上三維檢測有廣泛套用前景。
