3D检测技术研究教程.pptx

3D视觉检测技术 目录 研究背景 物体三维测量方法的分类 光栅投影法测量原理 关键技术介绍 3D视觉检测的国内研究小组 3D视觉检测技术在工业生产控制与检测、机器视觉、空间遥感、医学诊断以及社会安全等领域具有重要意义和广泛应用前景； 在工业生产领域主要应用于容器中拣取零件、机床上的工件装卸以及包装和焊接等； 国内生产装备水平比较高的工厂，如一汽大众、上海大众等，先进的三维测量仪器设备几乎全部进口。 物体三维接触式测量的典型代表是三坐标测量仪(CMM，Coordinate Measuring Machine)； 非接触式三维测量不需要与待测物体接触，可以远距离非破坏性地对待测物体进行测量； 特点：测量精度高，对被测物的色泽无特殊要求；对使用环境要求高，测量速度慢。 特点：非接触、速度快、精度适中。 测量原理 投影装置将一个被周期函数调制的光栅条纹场投射在被测物体的表面，由于物体表面高度的变化，各点的光栅条纹的相位发生了偏移，由测量系统的光路结构中相位偏移量与表面高度的关系，可以由相位求解出物点的三维坐标。 物高与相位差的关系推导 通常采用相移法，而四步相移法是最常用的相移法之一。 主要原理： 通过精确移动投影光栅，使光栅条纹图像的相位场移相，得到四幅条纹图像，各图像可表示为： 对上式求反正切，可得相位值。 相位的获得 1、结构光编码技术 2、条纹图像的解相位技术 3、标定技术 4、三维重建技术 关键技术-结构光编码技术 编码方法 定义 优点 缺点 时间编码方法 时间编码是将多个不同的编码图案按时序先后投射到物体表面、得到相应的编码图像序列，将编码图像序列组合起来进行解码。 易于实现、空间分辨率高、3D测量精度高等 测量过程中需投影多幅图案, 因而只适用于静态场景测量，不适于动态测量 空间编码方法 空间编码向物体投射一幅编码图案、得到一幅对应的编码图像，将编码图像与编码方式对照进行解码，从而解决两者对应问题。 投影图案只有1幅, 适用于动态场景三维信息的获取。 在解码阶段, 空间邻近点信息的丢失会导致误差的产生；与时间编码相比, 空间编码测量的分辨率较低。 受其空间邻域内特征点的影响，解码困难，测量误差增大，存在分辨率较低、受景物表面反射率不一致及颜色的影响等缺点。 直接编码方法 直接编码是指每个被编码像素都由其本身的灰度或颜色来识别。 每个像素都进行编码, 这样就需要利用较多颜色或引入周期性来得到高分辨率的投影图案。一般只需要投影1-2幅投影图案, 并能达到较高的空间分辨率 直接编码相邻像素的色差很小, 往往对噪声将相当敏感；当投影多个图案时, 该技术不适合动态场景；图像颜色会受测量表面颜色影响, 因此直接编码的应用范围通常仅限于中性颜色或灰白色目标物。投影仪颜色带宽、测量表面颜色或深度的变化、摄像机误差及噪声敏感性能会制约系统的测量精度和应用场合。 相移法(Phase Shifting)：利用投影多幅光栅图像(每两幅光栅之间有确定的相位差)来获得相位。相移法是目前公认的最有效、最可靠的方法，其实质是在时间轴上的逐点运算。由于采用多幅图像由光强得到相位，计算量少，并且图像的阴影区容易分离，具有一定的抗静态噪声能力。但是因为投影的光栅条纹图较多，因此不能用于动态测量，目前也有人提出了一种两步相移三维轮廓测量方法。 正交相乘莫尔法：利用计算机产生两幅与投影光栅条纹图有相同空间频率但相位差为x／2的参考光栅图，然后分别与投影光栅条纹图相乘得到两幅莫尔图，在时域滤波滤去高频分量，就可以求得相位。这种方法对背景的非均匀性比较敏感，而且条纹的空间频率容易产生失配，从而引起较大误差。 傅立叶变换法：对投射在物体表面的变形光栅条纹进行傅立叶变换，在频域滤波得到一级频谱，然后反傅立叶变换求得相位；傅里叶变换法是一种常用的三维轮廓测量方法，由于其具有速度快的特点，自提出以来就受到广泛关注。 关键技术—条纹图像的解相位技术 常用的相移法比较分析 关键技术—标定技术 视觉系统的标定就是建立相机坐标系和机器人为基准的大世界坐标系之间的映射关系，将图像处理后得到的目标工件的位姿信息转换为机器人动作的姿态参数。 根据标定板的类型不同分为 立体标靶和平面标靶 立体标靶的制作过程及其复杂，许多研究人员将立体标靶改进为平面标靶。 在线自标定技术 是一个研究热点 其原理是利用拍摄视野中的特定点、线和圆弧等标定目标，在此基础上建立标定求解方程组，使其在系统处理的过程中就已经完成像机的自标定过程。 根据运动状态分为 自标定和在线标定 关键技术—三维重建技术 三维重建的主要技术要求应满足： 逼真度：重建出的效果应尽可能地接近原始物体； 实时性：在最短时间内获得最佳效果； 鲁棒性：即重建算法应满足不同类型的数据，无论是光滑区域还是棱角特征明显的区域，均能得到较好的剖分及重建