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应用与解决方案 Applications & Solutions

3D测量
基于主动式光栅投影的三维视觉测量系统

文/Makoto Iwamoto/姚欢/武威，茉丽特

机器视觉行业，为实现非接触式
三维测量，最常用的方法有激光扫描
法、立体视觉法以及主动式光栅投影
法。激光扫描法利用高功率激光和面
阵或线阵相机来实现 ；立体视觉法利
用两个面阵相机来实现 ；主动式光栅
投影法利用光栅投影装置和面阵相机
来实现，如图 1 所示。

图1：常用的三维测量方法。1-1：激光扫描系统由线激光和面阵相机组成，样品或激光必须移动以扫描轮
廓；1-2：立体视觉系统，需要两个面阵相机成不同的角度，就像人眼一样；1-3：光栅投影系统包含一个
光栅投影仪，标准远心镜头及面阵相机。通常采用多投影装置，以不同角度布置来减少投影阴影。

在当今机器视觉市场，由于关
图2：相移法及相移波动图例。2-1：波动图形投影被用于相移法；2-2：相机捕捉到的相移图形；2-3：相
键硬件的发展，主动式光栅投影法正 移图形的强度曲线图。
变得越来越受欢迎。最重要的硬件进 程的图像利用 LCOS 或 DMD 元件投 组成，如图 2 所示。
步之一是高速高分辨率面阵相机的可 影出来，并通过触发信号可以很容易 相比于激光扫描法和立体视觉
用性。另一个影响深远的进步是称为 地同步 LED 光源和相机，且可为多 法，相移法最核心的优势是速度快、
LCOS（Liquid Crystal On Silicon）和 种应用提供各种不同的图案。 区域宽、分辨率高、精度高，以及在
DMD（Digital Mirror Device）的实用 三维测量中的鲁棒性。这种图案的灵
型光电器件在成像系统中的使用。这 相移法 活性使其可测量各种样品。对于一个
两种器件连同高功率 LED 光源及投 条纹图案是一种对三维测量有用 成功的解决方案而言，可编程的主动
影镜头系统一起，可实现快速的主动 的主动式图案，适用于相移法。它是 式光栅投影仪是必须的，以实现快速
式光栅投影。该系统可以将各种已编 由几幅有不同正弦波相位的光栅图形 切换几种图形并与相机同步。此外，

32 Jan/Feb 2018 视觉系统设计 Vision Systems Design China