高动态高速工业相机在激光三角测量中的应用

高动态高速工业相机在激光三角测量中的应用

基于条型结构投影原理的光学三维测量可以使我们实现非接触的测量，无论材料如何，我们都可以得到被测物的数字化的三维轮廓尺寸。与传统的机械测量不同，光学测量可以在一个大的工作区域内很快的测量出物体的三维形态参数。此外，这种技术还可用来测定物体的一些附加的细节特性，比如物体表面的粗糙程度等等 。
在使用结构光进行3D测量时，依照三角测量原理，光源把黑白间隔的条纹图案投射到被测量的区域上，然后用CMOS工业相机来记录结果图案。在这测量过程中，工业相机被固定在一个与光源投影光轴有一预定夹角的倾斜位置。通过条纹的密度或条纹形状的改变信息我们可反推出被测物体的三维特性。
为了准确地确定被测量刚体上的每个点的空间坐标，我们必须对这些黑白相间的结构光条纹进行编码。这种编码是利用干涉仪的相移原理，将一依余弦（COS）函数强度分布的结构光进行叠加。这个过程产生的图像就是记录了一重叠的相位图，由此，采用合适的算法解析记录的叠加相位就可得到被测物体的三维特性。在医学和牙医检测中，条形结构光测量得到很好的应用，同时在如新产品结构设计（反构工程）等各工业领域也得到了广泛的应用。尤其是作为一种测量工具和工件外形尺寸的手段，光学3D测量以其它接触测量方法无可比拟的高性能、可靠性以及高速测量速度，在汽车和航空工业中得到广泛的应用。
光学3D测量，需要高速、大动态范围且有很好的MTF特性的工业相机。Phontonfocus的CMOS相机很好的满足了以上提到的所有指标。因此，我们的MV-D1024E-80-CL和MV-D1024E-160-CL这两款CMOS相机在这种应用中有很大的优势。



图1 激光三角测量条形投影的原理



图2 二进制灰度图
（上半部分）余弦型的调制
（下半部分）用来解码物体高度信息



图3 镀铬铁表面图像高度信息被编码在图像灰度中

Photonfocus工业相机的性能特点：
 动态范围：应用LinLog®这种专利技术可达到120dB的超大动态范围。
 分辨率：1024×1024的分辨率，10.6μm微米×10.6μm微米的像元。
 ROI: 在视场中可设置一个ROI或多个ROI窗口区域。
 曝光模式：Global shutter的快门允许将曝光时间设定在微秒（μs）量级以满足高速应用的需求。
 帧频：在全分辨率下可达到75-150帧每秒的速度。
 尺寸：紧凑外形尺寸，55mm×55mm×46mm。
 接口：CameraLink® base 接口。



图4 MV-D1024E-80-CL