二維視覺(jué)測(cè)量采用單攝像機(jī)測(cè)量目標(biāo)在特定平面中的位置，在二維視覺(jué)測(cè)量中，由于攝像機(jī)與測(cè)量平面之間的距離固定，這使得其應(yīng)用受到很大的限制，三維視覺(jué)測(cè)量隨之應(yīng)運(yùn)而生。
與二維圖像信息相比，三維信息能夠更全面、真實(shí)地反映客觀(guān)物體，提供更大的信息量。近年來(lái)，各種技術(shù)應(yīng)用于三維信息測(cè)量中，由此形成了各類(lèi)三維測(cè)量系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)幾十年發(fā)展，三維視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)已具有較成熟的理論和技術(shù)基礎(chǔ)，生產(chǎn)實(shí)踐也不斷證明這類(lèi)系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便、適應(yīng)性強(qiáng)、精度高。
從狹義上講，三維視覺(jué)測(cè)量技術(shù)即通過(guò)計(jì)算機(jī)分析處理，讓計(jì)算機(jī)不僅具有和人眼一樣的視覺(jué)感受，而且能夠獲得人眼所不能直接獲得的經(jīng)過(guò)量化的物體參數(shù)。
獲取空間三維物體的距離信息是三維成像、三維物體重建和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)的內(nèi)容，有著廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。光學(xué)三維形貌測(cè)量具有非接觸、高精度、高效率的特點(diǎn)，并且在科研、醫(yī)學(xué)診斷、工程設(shè)計(jì)、刑事偵查現(xiàn)場(chǎng)痕跡分析、自動(dòng)在線(xiàn)檢測(cè)、質(zhì)量控制、機(jī)器人及許多生產(chǎn)過(guò)程中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。為此，光學(xué)學(xué)會(huì)在1994年以信息光學(xué)的前沿為主題的年會(huì)上，首次將光學(xué)三維測(cè)量列為信息光學(xué)前沿的7個(gè)主要領(lǐng)域和方向之一。
三維形貌測(cè)量方法介紹：
三維形貌測(cè)量的方法從測(cè)量方式上可分為接觸式和非接觸式。
傳統(tǒng)的接觸式測(cè)量方法發(fā)展已有幾十年歷史，其機(jī)械結(jié)構(gòu)及電子系統(tǒng)已經(jīng)相當(dāng)成熟。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和接觸式粗糙度輪廓儀是接觸式三維測(cè)量的典型代表，其原理是用采樣頭的探針接觸模型表面，采集一個(gè)輪廓點(diǎn)的數(shù)據(jù)，然后橫向移動(dòng)一個(gè)間距，采集相鄰的輪廓點(diǎn)數(shù)據(jù)，構(gòu)筑整個(gè)表面的線(xiàn)框模型。接觸式測(cè)量方法具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性，但也存在以下缺點(diǎn)：
（1）測(cè)量時(shí)測(cè)量頭與被測(cè)物之間有接觸壓力，它不適合測(cè)量柔性物體，而且對(duì)測(cè)量頭無(wú)法觸及的表面沒(méi)有很好的測(cè)量效果；另外不當(dāng)?shù)牟僮魅菀讚p傷被測(cè)物體的表面，特別是高精度表面，同時(shí)也會(huì)使測(cè)量頭磨損。
（2）測(cè)量頭本身的半徑以及接觸測(cè)量時(shí)被測(cè)物體受到測(cè)量頭擠壓發(fā)生局部形變會(huì)影響測(cè)量的精度。
（3）接觸式測(cè)量是以逐點(diǎn)掃描的方式進(jìn)行測(cè)量的，所以測(cè)量速度慢，尤其在測(cè)量較大物體時(shí)，非常耗時(shí)。
（4）由于測(cè)量機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)工作環(huán)境要求很高，必須防震、防灰、恒溫等，使其應(yīng)用范圍收到一些限制。
盡管世界各國(guó)生產(chǎn)廠(chǎng)家都試圖用各種高新技術(shù)來(lái)改變這一現(xiàn)狀，但至今都未能從根本上解決測(cè)量機(jī)原理本身所造成的結(jié)構(gòu)龐大和復(fù)雜的不足，難以滿(mǎn)足當(dāng)今高效率、高精度測(cè)量的需求。
非接觸測(cè)量方法主要是指光學(xué)測(cè)量方法
隨著光電子技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，各種新型器件不斷出現(xiàn)，如電荷耦合器件（CCD, Charge Coupled Device）、數(shù)字投影儀（DLP, Digital Light Processing）等。非接觸式光學(xué)測(cè)量技術(shù)得到快速發(fā)展，并開(kāi)始在一些領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。非接觸式光學(xué)測(cè)量方法由于其高靈敏度、高速度、無(wú)損壞、獲取數(shù)據(jù)多等優(yōu)點(diǎn)而被公認(rèn)為有前途的三維面形測(cè)量方法。
光學(xué)三維視覺(jué)測(cè)量方法分類(lèi)
光學(xué)三維視覺(jué)測(cè)量方法的種類(lèi)主要分為：攝影測(cè)量法、飛行時(shí)間法、三角法、投影條紋法、成像面定位法、干涉測(cè)量法等。而獲取宏觀(guān)物體的三維信息的基本方法可以分成兩大類(lèi)：被動(dòng)三維傳感和主動(dòng)三維傳感。被動(dòng)三維傳感采用非結(jié)構(gòu)光（自然光）照明方式，從一個(gè)或多個(gè)攝像系統(tǒng)獲取的二維圖像中確定的距離信息，形成三維面形數(shù)據(jù)。被動(dòng)三維傳感需要進(jìn)行大量的相關(guān)匹配運(yùn)算，當(dāng)被測(cè)目標(biāo)的結(jié)構(gòu)信息過(guò)于簡(jiǎn)單或過(guò)于復(fù)雜，或者被測(cè)物體上各點(diǎn)的反射率沒(méi)有明顯差異時(shí)，這種相關(guān)匹配運(yùn)算將變得十分復(fù)雜和困難。
主動(dòng)三維傳感啟用結(jié)構(gòu)光照明方式，這是由于物體三維表面對(duì)結(jié)構(gòu)光場(chǎng)的空間或時(shí)間調(diào)制，觀(guān)察到的變形廣場(chǎng)包含了物體三維面形的信息，對(duì)變形廣場(chǎng)進(jìn)行解調(diào)，便可以獲得三維面形數(shù)據(jù)。主動(dòng)三維傳感具有非接觸、高自動(dòng)化、高靈敏度、高精度等優(yōu)點(diǎn)，因此，大多數(shù)以三維精細(xì)面形測(cè)量為目的的系統(tǒng)都采用主動(dòng)三維傳感方式。
三維傳感方法分類(lèi)
根據(jù)物體三維表面對(duì)結(jié)構(gòu)照明光場(chǎng)調(diào)制方式的不同，人們又將主動(dòng)三維傳感方法分為時(shí)間調(diào)制與空間調(diào)制兩類(lèi)。其中更為常用的是空間調(diào)制方法，根據(jù)測(cè)量原理的不同，空間調(diào)制又可以分為兩類(lèi)：直接三角法和相位測(cè)量法。直接三角******廓測(cè)量是以純粹的三角測(cè)量原理為基礎(chǔ)，通過(guò)出射點(diǎn)、投影點(diǎn)和成像點(diǎn)三者之間的幾何成像關(guān)系確定物體各點(diǎn)高度。
直接三角法
直接三角法的優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)處理簡(jiǎn)單可靠，無(wú)需復(fù)雜的條紋分析就能確定各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的高度信息，自動(dòng)分辨物體凹凸，即使物體上的物理斷點(diǎn)（臺(tái)階、裂縫）、陰影等使圖樣不連續(xù)的缺陷也不會(huì)影響測(cè)量；缺點(diǎn)是精度不高，不能實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)測(cè)量。而近幾年來(lái)興起的相位測(cè)量法是采用面結(jié)構(gòu)光照明的三角光路測(cè)量法，這類(lèi)方法首先將規(guī)則的光柵條紋圖像投影到被測(cè)物表面，從另一角度看，可以觀(guān)察到由于受物體高度的影響而發(fā)生變形的條紋。這種變形可解釋為相位和振幅均為被調(diào)制的空間載波信號(hào)。采集變形條紋并從被調(diào)制的結(jié)構(gòu)光場(chǎng)中提取所需的相位信息，然后再根據(jù)高度與相位的映射關(guān)系計(jì)算出被測(cè)物體的三維面形信息。
相位測(cè)量法
相位測(cè)量法采用面結(jié)構(gòu)光進(jìn)行投影，不需要對(duì)物體掃描就可以得到物體面形的三維信息，具有全場(chǎng)測(cè)量、高速測(cè)量的特點(diǎn)。但是由于求解相位時(shí)用到了反三角函數(shù)運(yùn)算，相位截?cái)嘣谌呛瘮?shù)的主值范圍內(nèi)，因此還需要進(jìn)行相位展開(kāi)才能得到被測(cè)物體真實(shí)的相位分布。
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