激光三維傳感器技術(shù)--精度影響因素分析
作者: 發(fā)表時(shí)間:2018-11-21 15:09:42瀏覽量:1691【小中大】
三維物體表面點(diǎn)的位置和像平面上反映該點(diǎn)的坐標(biāo)之間的映射關(guān)系是非線性的,而且當(dāng)需要從像點(diǎn)坐標(biāo)求物點(diǎn)坐標(biāo)時(shí),反透視變換不能唯一地確定物點(diǎn),只能確定投影線方程。
1、精度影響分析
(1)物與像對(duì)應(yīng)關(guān)系的影響
三維物體表面點(diǎn)的位置和像平面上反映該點(diǎn)的坐標(biāo)之間的映射關(guān)系是非線性的,而且當(dāng)需要從像點(diǎn)坐標(biāo)求物點(diǎn)坐標(biāo)時(shí),反透視變換不能唯一地確定物點(diǎn),只能確定投影線方程。但當(dāng)光平面垂直入射物體表面時(shí),攝像機(jī)自愛(ài)與平面垂直的平面內(nèi),與光平面成一定角度攝取光條圖像,這時(shí)光條上的物點(diǎn)一一對(duì)應(yīng),不存在透視點(diǎn)的重疊問(wèn)題。對(duì)于物點(diǎn)到像點(diǎn)非線性關(guān)系的標(biāo)定技術(shù)是獲取物體三維坐標(biāo)的關(guān)鍵,這一問(wèn)題已被廣泛地進(jìn)行討論。由于對(duì)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了許多理想情況的假設(shè),因而采用三角幾何關(guān)系的標(biāo)定技術(shù)會(huì)帶來(lái)一些復(fù)雜的非線性系統(tǒng)誤差,對(duì)測(cè)量精度造成較大的影響;實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)中,物與像的對(duì)應(yīng)關(guān)系標(biāo)定技術(shù),多是采用對(duì)物體范圍坐標(biāo)與圖像坐標(biāo),以及物體深度坐標(biāo)與圖像坐標(biāo)分析進(jìn)行擬合標(biāo)定,這種方法實(shí)際上是對(duì)一系列已知的物點(diǎn)與像點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系做曲線擬合的方法不能完全消除系統(tǒng)誤差的影響,特別是在線掃描得測(cè)量中,因仍存在一定的系統(tǒng)誤差。
(2)激光散斑對(duì)測(cè)量精度的影響
當(dāng)采用激光掃描三角法對(duì)物體進(jìn)行測(cè)量時(shí),激光束掃描投射到被測(cè)物面形成漫發(fā)射光條件作為傳感信號(hào),但是被測(cè)物表面的情況是千差萬(wàn)別的餓,不同顏色、材料、粗糙度、光學(xué)性質(zhì)以及表面面型等用同一光源入射時(shí),物體表面對(duì)光的反射和吸收程度是不同的餓,特別是物體表面的粗糙度及折射率等因素嚴(yán)重影響著物體表面的光三射,這將會(huì)使通過(guò)透鏡成像原理得到的光條圖像像質(zhì)差別較大。由于激光三角法的測(cè)量精度直接受像點(diǎn)位置測(cè)量精度的影響,故而粗糙表面造成的散斑必然影響測(cè)量的精度。
(3)光學(xué)系統(tǒng)像差的影響
對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的研究,是將透鏡假設(shè)為一理想的薄透鏡,以便從物體通過(guò)光學(xué)中心到像平面畫(huà)一直線去找到一個(gè)物點(diǎn)的圖像,但實(shí)際上,透鏡既不是理想的,也不是很薄的餓,這就意味著空間的所有點(diǎn)并不是通過(guò)同一個(gè)光學(xué)中心。當(dāng)透鏡很大(相對(duì)像距和物距而言)或者物體離透鏡很遠(yuǎn)時(shí),單透鏡的初級(jí)像差相當(dāng)嚴(yán)重的。尤其是像的畸變會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)量的精度。在理想光學(xué)系統(tǒng)中,在一對(duì)共軛的物像平面上,放大率是常數(shù),但對(duì)于實(shí)際光學(xué)系統(tǒng),只有視場(chǎng)較小時(shí)才具有這一性質(zhì),當(dāng)視場(chǎng)較大時(shí),像的放大率就要隨視場(chǎng)而已,這樣就會(huì)使像相對(duì)于物體失去相似性。畸變僅引起像變形,而對(duì)像的清晰度并無(wú)影響,這是因?yàn)閷?duì)一般的光學(xué)系統(tǒng)而言,當(dāng)其結(jié)構(gòu)形式一定時(shí),高級(jí)像差隨結(jié)構(gòu)參數(shù)改變的影響甚小,這樣,改變結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí),實(shí)際像差的變化量基本上等于同于初級(jí)相差的變化量,通常要求計(jì)算儀器中物鏡的畸變量小于萬(wàn)分之幾,因而其鏡頭都比較復(fù)雜。
(4)其他因素的影響
在激光掃描的三角法中,影響測(cè)量精度的因素除以上介紹的幾項(xiàng)之外,還有其他較為嚴(yán)重的影響因素,主要有攝像機(jī)分辨率的影響、系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)因素的影響及光學(xué)系統(tǒng)似因素的影響。