结构光三维测量技术简介

相位测量轮廓术 ( PhaseMeasuring Profilometry,简称PMP)是采用结构光照明的一种非接触的三维面形测量方法. 这种方法采用正弦光栅投影和数字相移技术,以较低廉的光学、电子和数字硬件设备为基础,以较高的速度和精度获取和处理大量的三维数据。作为一种重要的三维传感手段,这种方法已在工业检测、实物仿形、医学诊断等领域获得广泛应用。

1）光学三维测量技术按照成像照明方式的不同通常可分为被动三维测量和主动三维测量两大类。 

   相位测量轮廓术目前已成为使用广泛的主动三维测量技术。

2）相位计算

2.1 相位主值计算 

    标准N帧相移算法对系统的随机噪声具有的抑制作用，且对N-1次以下谐波误差不敏感，目前已成为结构光测量技术中使用广泛的一种相移算法。

2.2 相位展开

    目前已有非常多的相位展开算法，这些算法大体上可分为两大类：空间相位展开和时间相位展开。与空间相位展开方法相比，时间相位展开虽然需要的图像更多，但是可以算法的稳定性更强。因此，多采用多频外差原理这一经典的时间相位展开方法进行相位展开。

3） 相位误差分析与补偿

3.1 相位误差分析

     一般来讲，相位测量轮廓术中的相位误差有三个主要来源:相移机构的相移误差、光栅图像的非正弦化、光栅图像的离散化和随机噪音。其中光栅图像的非正弦化将成为系统相位计算的主要误差。

      相位测量轮廓术的测量误差有2个主要来源,即相移误差和探测器的非线性误差.

      相移误差因相移步距的不相等所致,相移误差常常是不可避免的,但是可以通过采用精密的相移装置和测量过程中采用实时相移校正技术 ,使相移误差降低到最小限度.这时探测器的非线性误差将成为主要的影响因素.

3.2 相位误差补偿

      光栅图像中的高频分量引起的相位误差是有规律的，如果能够对其进行正确的统计，找出其分布规律，则可使用相位误差查找表对其进行有效的补偿。

      通过直接分析拍摄标准平板得到的光栅图像的相位误差，并量化建立相位误差查找表，后续系统标定和测量过程中使用已建立的相位误差查找表对相位误差进行补偿。 

4）系统参数标定

     选对合适的系统参数标定方法可以有效的减小误差。

5）三维重建

6） 结构光三维测量系统及其应用简介

      利用结构光成像的设备目前已经很成熟的拍照式三维扫描仪，如：精易迅科技的PTS系列三维测量系统中标准型系统的测量精度为0.05mm，精密型系统的测量精度为0.015mm。

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