《工业机器视觉技术应用》 课件 2.4 3D扫描仪认知.pdf

3D扫描仪认知

目录

•分类及原理

•检测应用案例

Part分类及原理

01

分类及原理

传统的2D工业相机只能记录相机视场范围内的所有物体，但其所记录的数据并不包含这些物体到相机的距离，

而3D扫描仪就能解决这一问题。3D扫描仪可以通过拍摄图像来获得景深信息，从而获得目标3D信息，构建3D

模型，在工业质量控制、汽车自主导航中得到了广泛应用。常见3D扫描仪有线激光扫描仪、单目结构光扫描仪、

双目结构光扫描仪和飞行时间法（TimeofFlight，TOF）扫描仪四种。

线激光扫描仪

线激光扫描仪主要由激光发射器和相机组成，其外形结构如图2-55所示，由激光发射器发出线性激光光束投

射到工件表面，通过提取采集的图像中激光条纹中心点，计算出表面物体的深度信息，从而得出物体的三维信

息。线激光扫描仪通常配合移动机构（如导轨、转台、机器人等）使用。

线激光扫描仪的工作原理为三角测量法，其基本原理如图2-56所示。在测量时，扫描仪和被测物体做相对运

动，扫描仪中的相机从一个角度观察目标上的激光扫描线，并捕获从被测物体上反射回来的激光。相机每次曝

光可捕获一个三维轮廓，从某种意义上来说是一个切片。激光反射回相机的不同位置，具体取决于目标与视觉

传感器之间的距离。线激光扫描仪的激光发生器、相机、被测物体构成一个三角形。使用激光发生器与相机之

间的已知距离和两个已知角度来计算视觉传感器与被测物体之间的距离，从而获取物体的三维信息。

线激光扫描仪能够提供高精度三维测量数据，且能够在较短时间完成大范围扫描，工作效率高。但工件表面过

暗或过亮时会影响扫描效果，配套使用的导轨的运动精度也会影响被测物体最终测量结果。

概念三

线激光扫描仪

概念三

线激光扫描仪三角测量原理示意图

单目结构光扫描仪

单目结构光扫描仪由结构光发生器、振镜和相机构成，其外形结构如图2-57所示。单目结构光扫描仪的测量

原理同为三角测量法，通过内置的振镜改变结构光投射的位置来产生与被测物体之间的相对位移。结构光发射

器发射结构化光斑（通常为光栅图像）射到物体表面上，物体表面的几何形状会导致结构光光斑的形变。相机

捕捉到光斑在物体上的变形图案，并将其转换为图像数据。通过分析图像中的形变信息，可以计算出物体表面

的三维形状，从而获取物体的三维信息。

单目结构光扫描仪可以快速完成大型物体的扫描任务，且由于发射器主动投射结构化光斑在物体表面上，因此

也适合在光照不足、缺乏纹理及特征的测量场合使用。但其扫描精度相对较低，易受到室外强光照的干扰而难

以在室外环境使用，一般可用于测量精度要求不太高的大尺寸物品。

概念三

单目结构光扫描仪

概念三

单目结构光扫描仪

双目结构光扫描仪

双目结构光扫描仪由结构光发射器和两台相机组成。其原理与单目结构光扫描仪相似，使用第二台相机代替

振镜结构，利用两台相机间的视差进行三维重建，以此获取物体的三维坐标信息。

双目结构光扫描仪的优缺点与单目结构光扫描仪相似，相较单目结构光扫描仪而言精度更高。但由于其测量

范围和基线长度（两个摄像头间距）正比，导致无法小型化，视场范围也相对较小，适合测量尺寸较小但精度

要求较高的物体。需要用于测量较大物体时，可以通过多次改变测量位置来获取各个部分的点云，并在被测物

体周围粘贴标志点实现多次测量点云的拼接。

概念三

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