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详解三维扫描仪的工作原理
时间:2020-06-21 点击次数:97
   三维扫描仪在工作原理上属于光栅式扫描仪。三维扫描主要由光栅投影设备及两个工业级的CCD Camera所构成,由光栅投影在待测物上,并加以粗细变化及位移,配合CCDCamera将所撷取的数字影像透过计算机运算处理,即可得知待测物的实际3D外型。
  当使用者要用三维扫描仪对一个物件进行扫描时,需要进行两步操作,第一步是将标定板放置于转台上,让扫描仪对标定板进行扫描;在标定成功以后,再将使用者要扫描的目标物体放置于转台上,让扫描仪对目标物体进行扫描。
  接下来我将分别介绍三维扫描仪在这两步操作中的工作原理。
  标定原理:
  在计算机视觉技术中,只有确定空间几何物体和它在图像中某一具体点和对应点之间的关系,才可以进行计算机视觉系统的下一步,因此建立几何数学模型是必要的,几何模型中的参数就是相机参数。在一般情况下,相机参数的获取是由实验和相关数学计算得到的,而摄像机标定就是获得相机参数的过程,这个过程也被称为相机标定。在几何数学模型下,实现将三维空间的某一个物体的坐标转化为二维图像下的坐标,需用到 4 种坐标系,分别是世界坐标系、图像物理坐标系、像素坐标系和摄像机坐标系。简单来说,扫描仪在对标定板拍照以后,会利用标定板上的关键识别点,现在软件内部建立世界坐标系,将标定板上识别点在照片中的坐标输入进去,然后再把这个坐标依次转换进剩余三种坐标系,最终得到图像坐标系与世界坐标系之间的直接关系。在随后的扫描过程中,就可以将现实中的物体的点坐标信息从世界坐标系里转移进软件里的图像坐标系,完成三维建模。
  三维扫描仪扫描原理:
  投影装置设置有特定编码的结构光,不同类型的结构光分别投射到被测物体上。摄像头1和摄像头2存在固定夹角,同时获得图像数据,对图像数据进行解码和相位运算得到相机坐标系内的三坐标。光栅投影的原理是通过结构光变形得到物体的表面信息。
  把光栅投影到被测物件的表面时, 由于受到被测零件表面高度的调制, 光栅影线将发生变形;通过解调该光栅影线, 就可得到被测表面的高度信息。
  P点为投影系统的出瞳;C为成像系统的入瞳; P、C间距为d, 离参考平面R的距离为L;成像系统与投影系统的光轴交于参考面上的O 点;两光轴之间的夹角为θ。

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