作者：白杨
来源：公众号@3D视觉工坊
激光三角测量法是工业视觉领域常用且易于理解的三维检测算法。 本文主要从应用层面进行阐述，包括摄像机和激光器的选型、搭接方式的优劣分析、软件开发中的注意事项等。
1 .原理和示范
用一束纤细的激光照射物体表面时，物体表面的高度变化会导致激光弯曲，根据该线的变形可以计算出正确的物体表面三维轮廓。 如下图所示，基本结构是1 ) 2D/3D照相机2 )线性激光器3 )镜头4 )安装方法
2 .特征1 )可以同时获取x、z坐标
2 )摄像机与被测物体之间应有相对运行
3 )主要用于在线3D测量
4 )适用于近距离、高精度、高速测量
3 .关键参数3.1摄像机的选择摄像机可以选择普通的区域摄像机或3D摄像机，都可以获得3D影像或点云数据。 普通的区域相机需要自己提取轮廓线，通过校准重建深度图像。 Halcon有现成的例行程序。 在不要求高频，不要求z方向的精度的情况下，用高速阵列摄像机就可以充分实现。
我最近去的项目对频率和精度要求很高，所以还是选择的3D相机方案。 德国的SICK、AT摄像机是工业检测APP应用中使用较多的两种3D摄像机，最高频率可达数十KHZ。 以AT照相机为例，具体参数如下。
不仅与行数有关，还与设定的ROI的宽度(像素数)、曝光)时间直接相关。
3.2线激光选线激光的评估参数有均匀性、点稳定性、平行度、瞄准线、功率稳定性等多项。 激光器本身的参数有扇角、功率、景深等。 在实际的项目选定中，最常用的参数如下。
扇角：扇角越大，相同工作距离对应的激光光线越长。 功率：功率越高，激光的强度越大(肉眼看去越亮)。 黑色且不反射光的材质时，请选择功率较大的激光。 功率的稳定性也会影响测量的灵敏度，如果功率稳定性差，就不能使用一定的阈值方法，对比度低的物体就很难测量。 均匀性差会降低分辨率和精度，并通过多个不同品牌的激光进行测试。 德国的ZLaser激光器是一种高性价比的激光器，可以支持多种型号在不同场合的应用。
3.3搭接方式选择1 )标准安装：激光垂直于材料平面，摄像头与激光呈角
适应情况：适用于大多数情况
优点：轮廓上的点都具有相同的y坐标，标定简单
坏处：有死角
2 )反向安装：摄像机垂直于材料平面，激光器与摄像机成角
适用时：平面物体
优点：可实现高分辨率化
缺点：轮廓上的点y坐标不同，标定复杂
3 )发射式安装或明场安装方式
适用时：适用于返回光不强的平面物体。 因为是直接反射，所以可以提高物体的返回光的亮度(根据材质的不同可能有缺点)。
优点：大幅提高高分辨率
缺点：标定复杂
4 )暗场安装方式
适用时：返回光强的平面物体。
优点：可以减少直接光的反射
缺点：高分辨率降低，校准变得复杂
3.4测量角选择较大的测量角在带来更高z方向分辨率的同时，也会导致更大的盲区。 所以有必要根据实际项目的情况进行权衡。
例如，高5mm的物体、死角为4.2mm
4 .实用化4.1应用实例需要了解以下信息：
以物体的大小(长、宽、高) x、y、z方向的精度要求高的应用类型的材质为例，应该测量的物体的大小为80*50*5)长*宽*高)，x方向的精度为0.3mm，y方向的精度为0.3mm
选择照相机所需的像素数为80/0.1=800以上。 的行数在2000/0.1=20KHZ以上。
摄像机可达到的最大频率取决于ROI有效区域的大小、曝光时间、轮廓提取算法等。 ROI有效区域的大小还取决于材料的厚度范围，曝光时间的一部分取决于材料的材质(如橡胶轮胎为黑色吸收光的材质，同等光源亮度时，需要的曝光时间要高一个) )
2 )镜头选择
这和2D一致。 主要取决于现场设置的作业距离，焦距越大，作业距离越远
3 )搭接方式
因此，各有利弊，可以考虑从标定的容易性、检测精度、平面物体的材质等多个要素中选择哪种方式
4.2当相机和激光的角度一定时，根据相机的安装方向不同，灰度的极性也不同(即高度越高的物体，对应的灰度值越亮或越暗)。 简单来说，相机本身的安装是有方向的，激光位于相机正方向上方时，高度越高的物体灰度值越低。 否则对应的灰度值会变高。
基于此，如果想要改变灰度的极性，可以通过设置ReverseY参数来更改，而不更改相机的安装方向。
4.3标定的目的：获得摄像机内外参数，以及激光平面的方向。 并且可以算出物体在x方向和z方向的物理单位的大小。 由于3D摄像机一般集成了现成的标定模块，标定比较容易，常用的标定方法是锯齿形标定板
在移动方向上移动标定块，通过调用摄像机自身的标定算法，实现3D摄像机的标定。
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