技术

一、引　言

　　工件三维曲面或三维轮廓测量技术广泛应用于工业、科研、国防等领域。汽车车身、飞机机身、轮船船体、汽轮机叶片等加工制造中的在线检测，特别是大型工件的曲面检测一直是生产中的关键技术难题。该类工件在车间条件下一般采用靠模法测量，但可测截面少，测量精度低；在计量室条件下采用三坐标测量机测量虽然精度较高，但数据采集速度慢，测量成本高，且难于实现在线测量。鉴于接触式测量方法的局限性，激光三角法、莫尔投影法、工业视觉测量法等多种非接触测量方法日益受到重视，其应用也渐趋广泛。
　　工业视觉测量技术（或称数字近场摄影测量技术）是一种立体视觉测量技术^［1］，其测量系统结构简单，便于移动，数据采集快速、便捷，操作方便，测量成本较低，且具有在线、实时三维测量的潜力，尤其适合于三维空间点位、尺寸或大型工件轮廓的检测。

二、测量原理

　　利用CCD摄像机可以获得三维物体的二维图像，即可以实现实际空间坐标系与摄像机平面坐标系之间的透视变换。通过由多个摄像机从不同方向拍摄的两帧（或两帧以上）的二维图像，即可综合测出物体的三维曲面轮廓或三维空间点位、尺寸。
　　为便于说明，设物空间坐标系为O-XYZ，CCD像面的像平面坐标系为o-xy。
　　现以双摄像机为例说明系统的透视变换关系。如图1所示，P为任一空间三维物点，设该点的物空间坐标为P（X，Y，Z），其在摄像机Ⅰ和摄像机ⅡCCD像面上的像点坐标分别为P₁（x₁，y₁）和P₂（x₂，y₂）。

图1　物空间坐标系和双摄像机的像平面坐标系

　　对于摄像机Ⅰ，像点坐标与物点坐标的变换关系为^［2］

       （1）

　　其中w₁为非零参数，a₁，a₂，…，a₁₁为系统变换矩阵的元素，与摄像机Ⅰ的安放位置及成像系统Ⅰ的参数有关，可通过系统定标来确定。
　　对于摄像机Ⅱ，像点坐标与物点坐标的变换关系为

       （2）

　　其中w₂为非零参数，b₁，b₂，…，b₁₁为系统变换矩阵的元素，与摄像机Ⅱ的安放位置及成像系统Ⅱ的参数有关，也可通过系统定标来确定。
　　式（1）和式（2）可分别化为

（3<