4 基于校正光栅投影的复合光栅投影法 9

4。1 研究方法 9

4。2 测量原理 9

4。3 计算机仿真 11

4。4 本章小结 12

结 论 13

参 考 文 献 15

致 谢 17

1 前言

1。1 光学三维测量的研究背景

随着经济社会的进步和现代科学技术的迅猛发展，对各种工业产品、物体表面轮廓等 的测量需求越来越多，对其测量精度、测量速度的要求也越来越高。传统的接触式三维测 量，如三坐标测量机，虽然测量精度比较高，但存在一些缺点，如测量速度慢、测量时间 比较长、只能测量较硬的材料等。因此，我们必须寻找一种可以克服这些缺点的新的三维 测量法，光学三维测量就在这种情况下应运而生 1。

光学三维测量具备很多优点，如非接触、测量精度高、测量速度快等，因而在影视特 技、机器视觉等领域都有着极为重要的价值和广阔的发展前途 2。

如今计算机技术、光学仪器、图像处理技术等不断发展与完善，以及新理论、新思维、 新算法陆续出现，光学三维测量的发展势如破竹。另外，现代产业制造迫切需要快速准确 地获得产品的三维面形信息，从而推动了光学三维测量的发展。文献综述

1。2 光学三维测量的方法

依据对待测物体照明情况的差异，我们把光学三维测量分成两种，一种是被动式三维 测量，另一种是主动式三维测量。

被动式三维测量 3如立体视觉是由自然光照射待测物体表面，接着从摄像系统中获得

图像信息，进而形成待测物体的三维信息。被动式三维测量有一定局限性，如测量时耗时 较长、精度不够高，因而不适用于对物体的精密测量，但适用于对目标的运动、位姿分析。 由于测量系统的构成比较简单，且易于快速采集数据，所以普遍运用在机器视觉领域。

主动式三维测量 3是由结构光照射待测物体表面，再从包含受其调制的三维信息的观

察光场中恢复待测物的形貌。主动式三维测量能够较为准确地获取待测物体的三维信息， 因而适用于以计量为目的的测量。依据待测物体表面对结构光场调制情况的差异，我们把 主动式三维测量分成两种，一种是时间调制法如飞行时间法，该方法虽然原理比较简单， 但需要很高的时间分辨率。另一种是空间调制法如相位测量轮廓术，主要通过待测物表面 对投影光束的调制来获取物体的三维数据，该方法具备许多优点，如系统搭建较为简单， 能快速准确地恢复待测物体的三维形貌等，因而应用较为广泛。

1。3 光学三维测量的国内外发展情况

光学三维测量具有非接触、实时性好等特点，在质量检测、虚拟现实、影视特技等领 域得到广泛的应用，已经成为国内外研究的热点。

目前，美国、德国、法国、挪威等国在光学三维测量方面取得较大成果。V-STARS 系

统是由美国 GSI 公司研发的三坐标测量系统，这种方法的优点是能精确获取待测物体的 三维信息，测量时不受时间的限制，能测量形状不规则的物体、动态物体以及易燃、易爆 等不可接触的物体；德国研发的 ATOS 流动光学三维坐标测量系统能够快速且准确地获取 待测物体的三维数据，已经广泛应用于许多著名企业如雷诺；日本 3D  Media  公司的