三维测量系统原理的总结

三维测量是集光、机、电、算（数学和计算机）技术于一体的高新技术，主要用于对物体空间外形和结构进行扫描，以获得物体表面的空间坐标。它的意义主要在于能够将实物的三维信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供了相当方便快捷的手段。常见的三维物体形状检测方法可以分为接触式和非接触式两大类，在这里本文主要针对非接触测量的相关技术进行总结介绍。

1、双目立体视觉

双目立体视觉是机器视觉的一种重要形式，它是基于视差原理并由多幅图像获取物体三维几何信息的方法。双目立体视觉系统一般由左右摄像机从不同角度同时获得被测物的两幅数字图像，或由单摄像机在不同时刻从不同角度获得被测物的两幅数字图像，并基于视差原理恢复出物体的三维几何信息，重建物体三维轮廓及位置。

难点在于：图像匹配精度以及三维重建。

2、结构光

结构光测量基本思想是利用结构光照明中的几何信息帮助提供景物中的几何信息，根据相机，结构光，物体之间的几何关系，来确定物体的三维信息。它是一种常用的、直接获取深度信息的方法，最早出现是为了解决立体视觉中图像匹配的难题而提出来的，具有测量精度高、快速全场测量、结构简单、易于实现等优点。

缺点在于：对物体表面特性和反射率有限制，如偏暗的表面、镜面反射表面、透明或者半透明材料都难以测量，有阴影区域的物体测量时会出现遮挡情况，远距离测量精度不高等。

3、飞行时间法

飞行时间法的原理是基于测量激光或其他光源脉冲光束的飞行时间进行点位测量。在测量过程中，物体脉冲经反射回到接收传感器，参考脉冲穿过光纤也被传感器接收，这样会产生时间差，就可以把两脉冲时间差转换成距离。通俗点讲就是通过检测光脉冲从发出到接受之间的时间延迟从而计算得到距离信息。结合扫描装置使光脉冲扫描整个物体就可以得到三维信息。一般时间飞行法的典型分辨率约为1mm，若采用亚皮秒激光脉冲和高时间分辨率的电子器件，深度分辨率可达到亚毫米量级。

痛点：飞行时间法是以对信号检测的时间分辨率换取距离的测量精度。

4、虚拟双目+数字图像相关

虚拟双目本质上是一个单目相机，通过光学系统，模拟出双目的效果，从而达到双目立体测量。数字图像相关是通过采集同一物体在不同位置上的两幅图像，确定物体同一点在不同像面上的相互匹配关系，来获得物体空间点的三维坐标。

难点：由于匹配精度的影响，图像分析法对形状的描述主要是用形状上的特征点、边界线与特征描述物体的形状，故较难精确地描述复杂曲面的三维形状。

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