背景知識(shí)

隨著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化檢測(cè)方案也進(jìn)一步升級(jí)。傳統(tǒng)的2D圖像分析技術(shù)主要提取灰度圖的特征信息來(lái)對(duì)物體進(jìn)行X_Y平面的測(cè)量，在對(duì)物體的高度、厚度、曲率、體積等三維參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)往往受到較大限制。為了獲取更豐富的物體信息，近年來(lái)3D視覺(jué)技術(shù)成為業(yè)界的關(guān)注焦點(diǎn)。常見(jiàn)的3D視覺(jué)方案包括雙目立體視覺(jué)技術(shù)、時(shí)間飛行法、激光三角測(cè)量、結(jié)構(gòu)光3D測(cè)量技術(shù)。其中，結(jié)構(gòu)光3D測(cè)量方案較于前兩種方案具有快速、高精度等優(yōu)勢(shì)，因此也成為工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域所選定的3D檢測(cè)方案。

方案解析

結(jié)構(gòu)光3D測(cè)量技術(shù)是一種非接觸式主動(dòng)光學(xué)三維測(cè)量技術(shù)，該技術(shù)基本原理是通過(guò)投影一束編碼光到待測(cè)物體表面，當(dāng)物體表面形貌發(fā)生變化時(shí)，編碼光的分布將受到物體高度的調(diào)制，再利用相機(jī)獲取物體表面圖像，并對(duì)獲取的圖片進(jìn)行解調(diào)從而恢復(fù)包含物體高度信息的3D形貌。根據(jù)光源的不同，可分為點(diǎn)結(jié)構(gòu)光三角測(cè)量技術(shù)、線結(jié)構(gòu)光光切測(cè)量技術(shù)、面結(jié)構(gòu)空間光調(diào)制技術(shù)，其中面結(jié)構(gòu)空間光調(diào)制技術(shù)對(duì)光源進(jìn)行面陣編碼，在測(cè)量過(guò)程中具有大數(shù)據(jù)數(shù)、快速、高精度以及強(qiáng)魯棒性等優(yōu)點(diǎn)。

結(jié)構(gòu)光3D檢測(cè)方案，主要由計(jì)算機(jī)、光源、相機(jī)三部分構(gòu)成，如圖所示：

結(jié)構(gòu)光3D檢測(cè)方案

錫膏版的3D重構(gòu)

光照示意圖

實(shí)現(xiàn)功能

該方案利用光柵技術(shù)產(chǎn)生正弦條紋光投射至物體表面，實(shí)現(xiàn)物體3D形貌重建，達(dá)到高度測(cè)量、形貌缺陷檢測(cè)等目的；通過(guò)調(diào)整光源的類型和系統(tǒng)參數(shù)，可將測(cè)量物體范圍從漫反射物體擴(kuò)展到鏡面反射物體，實(shí)現(xiàn)鏡面物體表面平整度快速、高精度檢測(cè)。

鏡面檢測(cè)系統(tǒng)示意圖

鏡面檢測(cè)效果圖

通過(guò)柵格結(jié)構(gòu)光傾斜照射在鏡面物體表面，遇到不平整的工件表面時(shí)，線條會(huì)發(fā)生彎曲，由于斷差柵格線條會(huì)產(chǎn)生變形，根據(jù)柵格的彎曲幅度和斷裂的量可以計(jì)算工件的起伏和斷差。測(cè)試效果圖如下：

鏡面工件表面測(cè)試效果圖

優(yōu)勢(shì)特征

（1）、檢測(cè)鏡面反光材料表面的平整度；

（2）、搭配CCTV鏡頭或遠(yuǎn)心鏡頭使用，柵格線寬和線距為0.05mm*0.05mm，可達(dá)到對(duì)鏡面亞微米級(jí)別的檢測(cè)要求；

（3）、光源類型豐富，包括二值條紋光、點(diǎn)陣光等，可根據(jù)測(cè)量場(chǎng)景對(duì)光源的編碼要求進(jìn)行定制；

（4）、光斑邊界清晰，亮度均勻，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)照明。

應(yīng)用領(lǐng)域

（1）、工業(yè)領(lǐng)域：產(chǎn)品缺陷檢測(cè)、表面平整度檢測(cè)、工業(yè)測(cè)量、逆向工程等。例如對(duì)硅晶片進(jìn)行檢測(cè)和分類；測(cè)量硅片的曲率、鏡面；汽車(chē)表面噴漆質(zhì)量檢測(cè)；檢測(cè)風(fēng)力電機(jī)剎車(chē)、齒輪、焊縫；航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片形貌重構(gòu)等；

（2）、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：牙齒3D掃描、人體器官3d模型重構(gòu)等；

（3）、文物保護(hù)領(lǐng)域：文物3D信息無(wú)損采集，古建筑3D掃描復(fù)原、文物數(shù)字化保存和展示等；

（4）、娛樂(lè)消費(fèi)領(lǐng)域：3D人臉識(shí)別、影視制作、人體3D測(cè)量、虛擬現(xiàn)實(shí)、機(jī)器人視覺(jué)等方面。