背景知識

隨著機器視覺技術的蓬勃發(fā)展，工業(yè)自動化檢測方案也進一步升級。傳統(tǒng)的2D圖像分析技術主要提取灰度圖的特征信息來對物體進行X_Y平面的測量，在對物體的高度、厚度、曲率、體積等三維參數(shù)進行檢測往往受到較大限制。為了獲取更豐富的物體信息，近年來3D視覺技術成為業(yè)界的關注焦點。常見的3D視覺方案包括雙目立體視覺技術、時間飛行法、激光三角測量、結構光3D測量技術。其中，結構光3D測量方案較于前兩種方案具有快速、高精度等優(yōu)勢，因此也成為工業(yè)檢測領域所選定的3D檢測方案。

方案解析

結構光3D測量技術是一種非接觸式主動光學三維測量技術，該技術基本原理是通過投影一束編碼光到待測物體表面，當物體表面形貌發(fā)生變化時，編碼光的分布將受到物體高度的調制，再利用相機獲取物體表面圖像，并對獲取的圖片進行解調從而恢復包含物體高度信息的3D形貌。根據(jù)光源的不同，可分為點結構光三角測量技術、線結構光光切測量技術、面結構空間光調制技術，其中面結構空間光調制技術對光源進行面陣編碼，在測量過程中具有大數(shù)據(jù)數(shù)、快速、高精度以及強魯棒性等優(yōu)點。

結構光3D檢測方案，主要由計算機、光源、相機三部分構成，如圖所示：

結構光3D檢測方案

錫膏版的3D重構

光照示意圖

實現(xiàn)功能

該方案利用光柵技術產生正弦條紋光投射至物體表面，實現(xiàn)物體3D形貌重建，達到高度測量、形貌缺陷檢測等目的；通過調整光源的類型和系統(tǒng)參數(shù)，可將測量物體范圍從漫反射物體擴展到鏡面反射物體，實現(xiàn)鏡面物體表面平整度快速、高精度檢測。

鏡面檢測系統(tǒng)示意圖

鏡面檢測效果圖

通過柵格結構光傾斜照射在鏡面物體表面，遇到不平整的工件表面時，線條會發(fā)生彎曲，由于斷差柵格線條會產生變形，根據(jù)柵格的彎曲幅度和斷裂的量可以計算工件的起伏和斷差。測試效果圖如下：

鏡面工件表面測試效果圖

優(yōu)勢特征

（1）、檢測鏡面反光材料表面的平整度；

（2）、搭配CCTV鏡頭或遠心鏡頭使用，柵格線寬和線距為0.05mm*0.05mm，可達到對鏡面亞微米級別的檢測要求；

（3）、光源類型豐富，包括二值條紋光、點陣光等，可根據(jù)測量場景對光源的編碼要求進行定制；

（4）、光斑邊界清晰，亮度均勻，可實現(xiàn)精準照明。

應用領域

（1）、工業(yè)領域：產品缺陷檢測、表面平整度檢測、工業(yè)測量、逆向工程等。例如對硅晶片進行檢測和分類；測量硅片的曲率、鏡面；汽車表面噴漆質量檢測；檢測風力電機剎車、齒輪、焊縫；航空發(fā)動機葉片形貌重構等；

（2）、生物醫(yī)學領域：牙齒3D掃描、人體器官3d模型重構等；

（3）、文物保護領域：文物3D信息無損采集，古建筑3D掃描復原、文物數(shù)字化保存和展示等；

（4）、娛樂消費領域：3D人臉識別、影視制作、人體3D測量、虛擬現(xiàn)實、機器人視覺等方面。