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封面故事 Cover Story

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3D测量
主动模式投影提高 AOI 三维测量精度

文/Makoto Iwamoto

非接触式 3D 测量可以通过各种 的是，模式投影方法可以用于在单一
技术实现，最常用的方法包括 ：（1） 无运动扫描中，捕获一个完整的图像。
激光轮廓测量法 ：用高功率激光器和 这也是主动模式投影在机器视觉市场
线阵或面阵传感器实现 ；（2）立体相 中越来越流行的原因之一。
机法 ：用两个面阵传感器和主动模式 主动模式投影越来越流行的另一
投影（使用一个面阵相机和一个主动 个原因，在很大程度上得益于关键硬
模式投影仪）实现（见图 1）。 件组件的进步，如高分辨率高速面阵
在单线激光器 / 相机组合中，当 相机的发展，以及在成像系统中使用
物体或扫描仪移动时，激光器 / 相机 LCOS（硅上液晶）和 DMD（数字微
组合捕获单一激光线反射 ；与之不同 镜器件）等电光器件的可能性。
LCOS 和 DMD 这两种器件能够
1-1 laser profiling 1-2 Stereo camera 1-3 Pattern projection
与高功率 LED 光源和投影透镜系统
Camera and
Camera Camera Camera tele-lens 相结合，实现快速主动模式投影。该
系统可以投射编程到 LCOS 或 DMD
Line laser
器件上的任何图像，并能很容易地使
用触发信号同步 LED 和相机，允许
Projector
为各种应用实现更广泛的模式。

相移法
图1：1-1：激光轮廓测量系统使用线激光器和面阵相机组合。在这种方法中，样品或激光束必须移动以完成
条纹模式是由几个相位变化的波
轮廓扫描。1-2：立体相机系统需要将两台面阵相机呈不同角度放置，如同人眼一样。1-3：模式投影系统包
括一个投影仪、标准远心镜头和一台面阵相机。通常，以不同角度放置的多投影仪可以减少投影阴影。 型（见图 2）创建的，是测量应用的
1) LED chip
2-1 Wave pattern projection 2-2 Phase shifted wave 2-3 Intensity prole
2) DMD or LCOS

3) Optics unit

4) Projection lens

Fringe pattern
Phase shif
3D measurement
图3：2-1：图案投影系统将高分辨率远心镜头和大
图2：2-1：波纹投影被用于相移法中。2-2：从相机端看到的相移条纹。2-3：相移图案的强度分布。 画幅相机结合在一起。

18 Mar/Apr 2018 视觉系统设计 Vision Systems Design China