一种基于偏轴成像的3D轮廓仪设计 朱文韬 南程哲 蒋颖峰 樊成 徐进1.引言随着计算机技术和图像处理技术的发展，物体三维轮廓检测和数据信息提取技术有了很大的发展，被广泛地应用于产品设计、体积测量、质量控制、逆工程仿真、机器视觉以及生物医疗等领域非接触式测量方法由于其具有非接触、无损、自动化、高精度、高效率等一系列优点，成为现代三维曲面测量的重要途径及发展方向激光三角法作为一种典型的非接触式测量方法，不需要复杂的图像处理设备，信号处理简单可靠，测量速度快，测量范围广，精度比较高，在工程测量中被广泛应用但是激光三角法成像在测距时需要大量的矩阵运算，存在计算复杂度高的问题因此，需要研究一种结构简单、计算简便，且保持必要精度的高性价比的3D轮廓仪2.设计思路基于激光三角法的3D轮廓仪，其构造主要由激光发射器和工业相机两部分组成激光发射器发出的激光形成一条直线，投射到物体表面形成漫反射，反射光被相机镜头捕捉到，通过镜头折射到感光芯片上轮廓扫描仪保持固定，通过电机驱动履带匀速控制待测物体运动，通过计算单位时间的位移就可得出点云，最后完成三维重建传统轮廓扫描仪的光学结构有两种，第一种是直接成像在感光元件上，其结构简单，但算法复杂。
第二种是在镜片后加一块反射镜，以一定比例反射到感光元件上这种方法避免繁杂的算法，但其光学结构及其复杂本设计结合以上两种方法，将感光元件角度调整为垂直于被测平面，使用偏轴式成像，将感光元件放在成像镜头后，这样不仅简化了光学结构，并且能简化被测物体相关数值计算，求解得到MN，光路图如图1所示3.实现效果本作品的硬件设备主要由激光发射器、工业相机、主控芯片、被测物移动履带四部分组成实验实物图如下图所示图2-a是全景图，上方右侧可以看到主控芯片，图片下方是移动履带支架激光发射器发出的激光形成一条直线，投射到物体表面形成漫反射，反射光被相机镜头捕捉到，通过镜头折射到感光芯片上轮廓扫描仪保持固定，通过电机驱动履带匀速控制待测物体运动，通过计算单位时间的位移就可得出点云，最后完成三维重建完成了一个鼠标的三维重建，如图2-b所示参考文献：[1]基于轮廓传感器的鱼体表面重构技术与误差分析，食品工业，2020-10-20[2]基于ROI-RSICP算法的车轮廓形动态检测，中国激光，2020-08-28[3]一种弹载单线激光雷达点云数据滤波算法，弹箭与制导学报，2020-08-14[4]基于激光轮廓传感器的钢轨外形检测系统，应用激光，2014-06-01[5]基于激光三角法的物体 三位輪廓测量系统，武汉理工大学，2015-04-01[6]朱妍. 基于激光三角法的三维轮廓测量系统[D].合肥工业大学，2018.（作者单位：衢州学院电气与信息工程学院） -全文完-。