代码【计算机视觉】结构光——格雷码模式捕获教程1 _测量

标签：三维测量反求逆向设计格雷码外差式多频
1.1国内外的三维光学测量系统现状
目前国内有几家单位生产三维光学测量系统，主要有以下两类：
1．只能用于人体扫描的单相机测量技术
这些系统主要用于人体测量，采用类似加拿大公司的单相机测量技术，采用简单的单幅光栅相移技术，测量精度低，只能用于人体测量和人像雕刻使用，无法满足工业的测量精度。
2．采用格雷码加相移的三维测量技术
多数的国产三维光学测量系统，基本上采用格雷码加相移的三维测量技术，国外该技术在二十世纪90年代初已经成熟。采用该技术的典型产品为德国GOM公司在1995年推出的ATOS , 1999年GOM公司采用该技术推出了ATOS HR 。因此国内目前的三维光学测量系统的技术水平处于国际上二十世纪90年代的水平。
格雷码加相移的三维测量技术的优点为算法实现简单，易于实现产品化，但是缺点非常明显：一是格雷码只是用于对测量幅面的分级，无法提高测量精度；二是格雷码的使用造成测量系统对测量工件的表面明暗比较敏感，一般要喷显影剂才能测量，无法测量较暗的工件，无法测量表面剧烈变化的工件；三是单次测量幅面较小，一般小于400mm 。
1.2最新的外差式多频相移三维光学测量技术
对于格雷码加相移的三维测量技术的缺点，国外一直在研究新的替代方法，提出了很多测量技术，其中外差式多频相移技术是发展较快的方法。测量系统就是采用国际目前最新的外差式多频相移三维光学测量技术，由西安交通大学机械工程学院信息机电研究所和模具与塑性加工研究所研制，该技术与传统的格雷码加相移相比，优点突出：
（1）对测量工件的明暗不受影响。该技术放弃了格雷码，采用多频相移技术，因此该技术就没有了格雷码带来的问题，对测量工件的明暗基本不受影响，不用喷显影剂就可测量大多数的工件。
（2）测量幅面可以更大，而测量时间较短。如果采用格雷码，测量幅面增大后，必须增加格雷码的编码位数，必须投射更多幅的格雷码，增大了测量时间。外差式多频相移技术更适于测量更大幅面的工件，精度更高。
（3）测量精度更高。采用格雷码加相移的三维测量技术，其测量精度主要由一幅光栅四次相移决定，格雷码的使用没有提高测量精度。而外差式多频相移三维光学测量技术，采用多个频率的光栅相移，比只投射1种频率的光栅精度更高，抗干扰能力强，而且能够测量剧烈变化的曲面。
（4）可以测量表面剧烈变化的工件。可以测量非连续、剧烈变化的表面。
国外最新的三维光学测量系统，已经逐步采用外差式多频相移三维光学测量技术。例如，GOM公司在2001年推出了第一代的采用多频相移的ATOS II型测量系统，2003年推出了的ATOS IIe型和ATOS III型测量系统。2003年GOM公司推出的外差式多频相移三维光学测量技术还不成熟，测量速度较慢。2006年GOM公司推出了采用轮式光栅的外差式多频相移技术，测量速度得到较大提高。
型三维光学密集点云测量系统采用外差式多频相移三维光学测量技术，技术水平达到了国际水平，技术指标达到了世界最先进的德国GOM公司的2007年最新ATOS产品。外差式多频相移三维光学测量技术的优点很多，但是技术含量较高，要达到实用水平需要解决许多问题。型三维光学密集点云测量系统采用外差式多频相移三维光学测量技术，重点解决了以下关键技术问题，使系统的技术水平达到的国际水平。
（1）外差式多频相移测量算法。该算法综合了外差算法、多频测量、小波变化、傅立叶技术、贝叶斯估计法等方法，实现了快速、高效的测量。

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