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如何实现机器视觉的3D测量?
发表时间:2018-12-28

前言

随着机器视觉技术的蓬勃发展,工业自动化检测方案也进一步升级。传统的2D图像分析技术主要是提取灰度图像的特征信息来测量物体的X_Y平面。物体的高度、厚度、曲率和体积等3D参数的检测往往受到限制。为了获得更丰富的物体信息,3D视觉技术近年来已成为业界关注的焦点。常见的3D视觉方案包括双目立体视觉技术、时间飞行方法、激光三角测量和结构光3D测量技术。其中,结构光3D测量方案与前两种方案相比有更加快速、高精度的优点,因此也成为工业检测领域中所选择的3D检测方案。



原理解析

结构光3D测量技术是一种非接触式主动光学三维测量技术,该技术基本原理是通过投影一束编码光到待测物体表面,当物体表面形貌发生变化时,编码光的分布将受到物体高度的调制,再利用相机获取物体表面图像,并对获取的图片进行解调从而恢复包含物体高度信息的3D形貌。根据光源的不同,可分为点结构光三角测量技术、线结构光光切测量技术、面结构空间光调制技术,其中面结构空间光调制技术对光源进行面阵编码,在测量过程中具有大数据数、快速、高精度以及强鲁棒性等优点。

结构光3D检测方案,主要由计算机、光源、相机三部分构成,如图所示:

结构光3D检测方案(2)-16384479111.
结构光3D检测方案

锡膏版的3D重构
光照示意图(2)-16384592577.
光照示意图

实现功能

该方案利用光栅技术产生正弦条纹光投射至物体表面,实现物体3D形貌重建,达到高度测量、形貌缺陷检测等目的;通过调整光源的类型和系统参数,可将测量物体范围从漫反射物体扩展到镜面反射物体,实现镜面物体表面平整度快速、高精度检测。

镜面检测系统示意图(2)-16384475141.

镜面检测系统示意图

镜面检测效果图

通过栅格结构光倾斜照射在镜面物体表面,遇到不平整的工件表面时,线条会发生弯曲,由于断差栅格线条会产生变形,根据栅格的弯曲幅度和断裂的量可以计算工件的起伏和断差。测试效果图如下:


镜面工件表面测试效果图

优势特点

(1)、检测镜面反光材料表面的平整度;

(2)、搭配CCTV镜头或远心镜头使用,栅格线宽和线距为0.05mm*0.05mm,可达到对镜面亚微米级别的检测要求;

(3)、光源类型丰富,包括二值条纹光、点阵光等,可根据测量场景对光源的编码要求进行定制;

(4)、光斑边界清晰,亮度均匀,可实现精准照明。

应用范围

(1)、工业领域:产品缺陷检测、表面平整度检测、工业测量、逆向工程等。例如对硅晶片进行检测和分类;测量硅片的曲率、镜面;汽车表面喷漆质量检测;检测风力电机刹车、齿轮、焊缝;航空发动机叶片形貌重构等;

(2)、生物医学领域:牙齿3D扫描、人体器官3d模型重构等;

(3)、文物保护领域:文物3D信息无损采集,古建筑3D扫描复原、文物数字化保存和展示等;

(4)、娱乐消费领域:3D人脸识别、影视制作、人体3D测量、虚拟现实、机器人视觉等方面。


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