(1. 广州市市政工程维修处 2. 广东工贸职业技术学院 机械工程系，广东  广州 510100)
摘 要： 文章研究了一种三维视觉测量方法，该方法可以通过单幅灰度图像获取表面三维形貌 信息。通过应用实例进行分析，结果证明本方法能够广泛应用于三维缺陷测量、逆向 工程、图案雕刻等领域，具有操作简单，硬件成本低，处理速度快，精度较高的特 点，能够广泛应用于工业生产领域。
关键词：机器视觉；视觉测量；非接触测量；图像检测
中图分类号：tp391.4  文献标识码：a  文章编号：1007—6921(2009)11—0077—02

计算机视觉领域中利用物体单幅或多幅二维灰度图像获取物体三维表面形状信息的技术可归 纳为：从x恢复形状(shape from x)技术［1］。其中由明暗恢复形状(shade from  shadin g,简称sfs)是通过分析物体的单幅二维图像的灰度信息，重建物体表面三维形状信息。近年 来，由于计算机视觉理论和光电技术的发展，使得基于明暗恢复形状的三维测量成为可能。 

本文采用机器视觉中的sfs方法对产品进行三维恢复，进而可以实现工件的三维质量检测。 虽然目前有很多关于三维形貌恢复的研究，但是多数研究仍处于实验室研究阶段，并且因为 精度、测量范围、工作条件、操作过程的限制，不易应用到自动化生产线上。本研究通过对 采集的三维图像进行预处理并增加透视投影约束条件来改善反射模型，并对该方法在工业领 域的应用进行探索研究。 
1 视觉三维测量原理

本文测量的基本原理是从灰度信息中找到与物体表面形状相关的线索，该问题最早是由mit 的 horn［2］等人在1970年提出来的，并假定物体满足朗伯体表面反射条件［3 ］，建立了物体表面方向和图像灰度之间的函数关系，表面光照模型如图1所示。  
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据lambertian反射原理，物体表面灰度可表示为以下公式：

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考虑光学透视成像约束条件有：

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其中，u，v为图像坐标系的坐标，x，y为对应的物理坐标，原点在光心位置。由式(1)和 式(2)得到一个含有两个未知量的非线性方程［4］：

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度值，求解该非线性方程组后，即可得到表面高度值，而x，y的坐 标可以直接由图像的二维图像通过标定后来获取，最后即可获得图像上每个象素点的空间三 维坐标尺寸，考虑到x、y方向的精度只与图像的质量有关，以下主要对z方向的精度进行分 析。
2 测量系统设计

基于单幅图像进行三维测量在硬件设计方面的一个突出特点是结构简单，成本低，检测速度 快等。硬件系统主要由光学系统、ccd摄像头、图像采集卡和pc机组成。考虑到实时图像采 集的测量精度和速度要求，该系统采用mtv-1881ex黑白ccd摄像机，imaq pci-1407图像采集 卡［5］等，硬件结构原理如图2所示。
其工作原理是：将被测量物体置于尽可能均匀照明的平行光照下,摄像头在测量程序的控制 下将被测量物体的图像采集到计算机的特定内存中,计算机通过视觉处理软件对图像进行预 处理，再把预处理后的图像信息导入三维测量算法中进行形貌恢复，进而取得该物体的几何 信息，最后进行测量分析并输出结果。740)this.width=740" border=undefined>
实验所选用的图