2024年2月9日发(作者：暴修洁)
三维光学轮廓仪的基本原理
三维光学轮廓仪是一种常用的非接触式测量设备，可以用来测量物体的三维形状和表面特征。它通过利用光学原理和图像处理技术，将物体的三维形状转化为数字化的三维模型，从而实现对物体形状和表面特征的测量与分析。
1. 光学投影原理
三维光学轮廓仪的工作原理基于光学投影原理。它通过投射光束到待测物体表面上，然后接收和处理反射回来的光信号，从而测量物体表面的形状和特征。
在三维光学轮廓仪中，通常使用白光或激光作为光源。光源发出的光经过透镜或光纤束聚光系统进行聚焦，形成一个光斑。光斑经过投影透镜，被投射到待测物体表面上。
2. 相位移技术
在物体表面接收到光斑后，会发生光的反射、散射和吸收等现象。三维光学轮廓仪利用这些光学特性，通过测量光斑的相位差来获取物体表面的形状信息。
相位差是指光束从光源到物体表面再到相机接收器的光程差。在三维光学轮廓仪中，通常使用相位移技术来测量光斑的相位差。
相位移技术可以通过改变光源的相位或改变物体表面的相位来实现。其中一种常用的方法是使用光栅投影技术。光栅是一种具有周期性结构的光学元件，可以将光束分为多个光斑，从而形成一系列的光条纹。当光斑经过物体表面时，光斑的相位会发生变化，通过测量光斑的相位差，可以计算出物体表面的形状信息。
3. 相机成像和图像处理
在三维光学轮廓仪中，相机是用来接收和记录物体表面反射回来的光信号的关键部件。相机通常使用CCD或CMOS等成像器件，将光信号转化为数字图像。
当光斑经过物体表面时，相机会接收到反射回来的光信号，并将其转化为二维图像。这个图像被称为光条纹图像，其中的每个像素点对应着物体表面的一个点。
为了获取物体表面的三维信息，需要对光条纹图像进行处理和分析。常见的图像处理方法包括：
•
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相位解包：将光条纹图像中的相位信息解包，得到物体表面的相位分布。
相位提取：从相位分布中提取出物体表面的高度信息。
滤波处理：对图像进行滤波，去除噪声和干扰，提高测量精度。
立体匹配：通过比较不同视角下的光条纹图像，实现对物体表面的三维重建。
通过相机成像和图像处理，三维光学轮廓仪可以将物体表面的形状信息转化为数字化的三维模型。这个模型可以以点云、网格或曲面等形式表示，用于后续的测量分析和应用。
4. 标定和补偿
为了提高三维光学轮廓仪的测量精度和准确性，需要进行标定和补偿。
标定是指确定光学系统的内部参数和外部参数，以建立光斑的相位与物体表面的高度之间的关系。常见的标定方法包括基准板法、球标定法和棋盘格标定法等。
补偿是指根据标定结果对测量数据进行修正和校正，以消除系统误差和环境干扰。常见的补偿方法包括非线性补偿、温度补偿和振动补偿等。
通过标定和补偿，可以提高三维光学轮廓仪的测量精度和准确性，使其适用于更广泛的测量应用。
5. 应用领域
三维光学轮廓仪在工业制造、医疗保健、文化遗产保护等领域有着广泛的应用。
在工业制造领域，三维光学轮廓仪可以用来测量和检测产品的尺寸、形状和表面质量，用于质量控制和产品改进。
在医疗保健领域，三维光学轮廓仪可以用来测量和分析人体的形状和表面特征，用于医疗诊断、手术规划和医疗器械设计。
在文化遗产保护领域，三维光学轮廓仪可以用来对古建筑、文物和艺术品进行三维扫描和重建，用于文物保护和文化遗产研究。
总之，三维光学轮廓仪通过利用光学原理和图像处理技术，可以实现对物体形状和表面特征的测量与分析。它具有非接触、快速、高精度和全自动化等优点，被广泛应用于各个领域。
2024年2月9日发(作者：暴修洁)
三维光学轮廓仪的基本原理
三维光学轮廓仪是一种常用的非接触式测量设备，可以用来测量物体的三维形状和表面特征。它通过利用光学原理和图像处理技术，将物体的三维形状转化为数字化的三维模型，从而实现对物体形状和表面特征的测量与分析。
1. 光学投影原理
三维光学轮廓仪的工作原理基于光学投影原理。它通过投射光束到待测物体表面上，然后接收和处理反射回来的光信号，从而测量物体表面的形状和特征。
在三维光学轮廓仪中，通常使用白光或激光作为光源。光源发出的光经过透镜或光纤束聚光系统进行聚焦，形成一个光斑。光斑经过投影透镜，被投射到待测物体表面上。
2. 相位移技术
在物体表面接收到光斑后，会发生光的反射、散射和吸收等现象。三维光学轮廓仪利用这些光学特性，通过测量光斑的相位差来获取物体表面的形状信息。
相位差是指光束从光源到物体表面再到相机接收器的光程差。在三维光学轮廓仪中，通常使用相位移技术来测量光斑的相位差。
相位移技术可以通过改变光源的相位或改变物体表面的相位来实现。其中一种常用的方法是使用光栅投影技术。光栅是一种具有周期性结构的光学元件，可以将光束分为多个光斑，从而形成一系列的光条纹。当光斑经过物体表面时，光斑的相位会发生变化，通过测量光斑的相位差，可以计算出物体表面的形状信息。
3. 相机成像和图像处理
在三维光学轮廓仪中，相机是用来接收和记录物体表面反射回来的光信号的关键部件。相机通常使用CCD或CMOS等成像器件，将光信号转化为数字图像。
当光斑经过物体表面时，相机会接收到反射回来的光信号，并将其转化为二维图像。这个图像被称为光条纹图像，其中的每个像素点对应着物体表面的一个点。
为了获取物体表面的三维信息，需要对光条纹图像进行处理和分析。常见的图像处理方法包括：
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相位解包：将光条纹图像中的相位信息解包，得到物体表面的相位分布。
相位提取：从相位分布中提取出物体表面的高度信息。
滤波处理：对图像进行滤波，去除噪声和干扰，提高测量精度。
立体匹配：通过比较不同视角下的光条纹图像，实现对物体表面的三维重建。
通过相机成像和图像处理，三维光学轮廓仪可以将物体表面的形状信息转化为数字化的三维模型。这个模型可以以点云、网格或曲面等形式表示，用于后续的测量分析和应用。
4. 标定和补偿
为了提高三维光学轮廓仪的测量精度和准确性，需要进行标定和补偿。
标定是指确定光学系统的内部参数和外部参数，以建立光斑的相位与物体表面的高度之间的关系。常见的标定方法包括基准板法、球标定法和棋盘格标定法等。
补偿是指根据标定结果对测量数据进行修正和校正，以消除系统误差和环境干扰。常见的补偿方法包括非线性补偿、温度补偿和振动补偿等。
通过标定和补偿，可以提高三维光学轮廓仪的测量精度和准确性，使其适用于更广泛的测量应用。
5. 应用领域
三维光学轮廓仪在工业制造、医疗保健、文化遗产保护等领域有着广泛的应用。
在工业制造领域，三维光学轮廓仪可以用来测量和检测产品的尺寸、形状和表面质量，用于质量控制和产品改进。
在医疗保健领域，三维光学轮廓仪可以用来测量和分析人体的形状和表面特征，用于医疗诊断、手术规划和医疗器械设计。
在文化遗产保护领域，三维光学轮廓仪可以用来对古建筑、文物和艺术品进行三维扫描和重建，用于文物保护和文化遗产研究。
总之，三维光学轮廓仪通过利用光学原理和图像处理技术，可以实现对物体形状和表面特征的测量与分析。它具有非接触、快速、高精度和全自动化等优点，被广泛应用于各个领域。