摘 要

激光三角测距是一门非接触式测量技术，由于其精度高、速度快以及其他众多优点，在现在的检测系统得到了广泛的应用。本论文采用三维轮廓测量系统，研究颜色在激光三角测量中对测量精度的影响。主要工作如下:

首先，广泛地调查国内外相关方面的研究现状，对激光三角法进行分析并简要介绍三维轮廓测量系统的硬件器件及系统设计。

其次，较为详细地介绍了图像滤波的方法和几种较为常见的光斑中心定位方法。通过对光斑图像进行分析，对光斑图像首先进行均值滤波处理，滤波后的图像再进行低通滤波，这样就可以得到平滑的图像。研究发现，当被测物面位移变化时，线阵CCD上像点的位置也会随之发生相应的变化，根据这一关系，可对系统进行标定，对结果进行分析。然后改变被测物体表面颜色，重复操作。对结果进行综合分析可知，当被测物体表面颜色为品红时，精度最高，而绿色时最低。由此可得，若使用对光吸收性能好的颜色表面时，可提高测量精度。

关键词:激光三角法测量系统；颜色；测量精度；图像处理

Abstract

Laser triangulation is a kind of non-contact measurement technology, with the advantages of high precision, high speed and so on, it has been widely used in the current measurement system. In order to study the effect of color on measurement accuracy in laser triangulation, this paper decides to use objects’ three-dimension profile measurement technology. The main work is as follows:

First, the current development of laser triangulation is extensively investigated and the principle of laser triangulation is deeply studied. In addition, this paper briefly introduces the hardware device and system design of objects’ three-dimension profile measurement.

Secondly, the method of image processing and several spot positioning algorithms are introduced in detail. Analyzing the characteristics of the digital spot image, it is supposed to be dealt with mean filter and low-pass filter so that it can be transformed into smooth and steady spot image. It is found that when the displacement in the measured surface changes, the position of linear CCD image point will change accordingly. According to this relationship, the system can be calibrated and the result is analyzed. And then change the surface color of the measured object, repeat the operation. The analysis of the data shows that the accuracy is highest when the surface color is magenta, while when the color is green, the accuracy is lowest. There comes a conclusion that the measurement accuracy can be improved if the surface has a good light absorption performance.

Key Words: laser triangulation measurement system; color; measurement accuracy; image processing

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 研究现状 1

第2章 激光三角法的基本原理 3

2.1 直射式激光三角法 4

2.2 斜射式激光三角法 6

2.3 两种方法的比较 6

第3章 硬件选择及系统设计 8

3.1 光学器件选择 9

3.2 CCD工作原理及其选择 11

第4章 图像处理和实验分析 13

4.1 CCD图像的滤波 14

4.2 光斑定位 15

4.2.1 二值化法 16

4.2.2 灰度质心法 16

4.2.3 多项式拟合质心法 17

4.2.4 平方加权质心法 18

4.2.5 改进的平方加权质心法 18

4.3 颜色的影响分析 19

第5章 总结 26

参考文献 27

致 谢 29

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

随着工业技术的飞速发展，人们对测量精度地要求逐渐变高，接触式测量已无法满足人类的需求^[1]。在这种情况下，非接触式测量依靠其良好的实时性以及可靠的精确度，成为了测量领域的热点。而在非接触测量中，随着光电科学的飞速发展，光电检测逐渐成为其主流^[2]。

激光三角法是光电检测中的一种，具有不接触、结构简单等优点，且使用激光测量，不会对表面产生损伤，测量点也小，而且能够抗干扰，测量准确度也高^[2]。三角法测量凭借其杰出的优点，在现在的检测系统中得到了广泛的应用，如工业中的距离、长度及三维形貌等的检测。在激光三角法中，激光器发出激光，然后将其照射到待测物面，形成光斑且发生漫反射。漫反射光通过成像透镜，成像于光电检测器件。当待测物面位移变化时,成像点在光电检测器件上的位置也会随之发生相应的变化。对激光三角法分析可知，测量精度会受到多方面的影响，如三角测量系统中器件的精确度不同，相对产生的误差也会不同，即系统本身的非线性误差，其他还有环境、被测物面特征等的影响^[2]。通过研究影响因素，进而寻求提高精度的方法，对工业测量来说，这是非常有意义的事。

1.2 研究现状

自20世纪以来，随着科学技术的飞速发展，激光三角法测量技术逐渐成熟。通过调研发现，现阶段有关激光三角法的研究主要有以下几个方面:

（1）对传统测量工具无法解决的问题进行研究，并尝试使用激光三角法原理对其进行解决。例如，零件表面的缺陷检测若使用传统测量工具是很困难的，但这一问题可以通过激光三角法测量来解决。其他类似的问题还有机械振动或偏移尺寸的检测、物体的弯曲变形倾斜度的测量、薄膜层的厚度大小测量等。