光学方法与重要规划、测绘仪器——光学投影比较仪的制造

1 / 4光学方法与重要规划、测绘仪器光学投影比较仪的制造摘要：在过去的几十年里，很少有其它检测仪器像光学投影比较仪那样测量快捷、使用方便。光学投影比较测量是将投射到投影屏上的工件放大轮廓与绘制有按比例放大的工件正确外形及公差带的透明胶片进行对比，以直接判定工件合格与否。而这一在城乡规划及地理测绘方面极其重要的仪器的制造离不开物理学中不可或缺的一支光学，尤其是光学中的三维测量方法的支持。物理学，作为人类历史上最重要的自然基础学科之一，为城乡规划与地理勘测学科打下了坚实的基础，我们相信物理将在该方面有更为宽广、更为创新的应用。关键词：三维物理 光栅 逆向技术 1、三维物理测量技术对事物的还原在模具的设计和制造中，有时需要三维测量技术通过对实物进行激光扫描或结构光测量来获得实物的数据，并将其输入到计算机中进行处理，根据测量的数据建立实物的三维 CAD 数字模型，即通过三维测量技术将实物模型数字化。光学投影比较仪的制造即需要借助三维物理测量技术，将其元件通过逆向工程的方法复原，从而进入制造工序。2、三维光学测量技术2 / 4将影测量和光学测量方法相结合的三维光学测量技术由于其非接触式测量特点，具有获得的数据准确和快速，在反向工程中将起到越来越重要的作用。相对于其它三维测量方法,它将同时具有摄影测量的高效率和光栅测量的良好精度的优点。3、光栅与三维测量技术于光栅不可能一次测量完所有物体的表面，只能通过物体上贴放的参考标志点将不同角度拍摄得到的物体电云进行拼合。如果只是采用光栅测量，那么不同的测量图像中得到的标志参考点的空间坐标就会产生误差累加，影响测量精度。为了获得更好的测量精度，首先运用数字图像处理、识别技术获得不同的图像中编号和标志参考点的像坐标。然后运用摄影测量理论，根据 2 幅图像中编号参考点的像坐标来确定 2 次拍摄中相机的一个空间变换，就获得了一个已知的空间坐标系统。从而根据空间的拓扑关系来拟合不同图像中的同一个标志参考点。这样经过多幅数字图像就可以获得所有标志参考点的在同一空间坐标系下的坐标，避免了累计误差，提高了精度。4、光栅空间编码测量光栅的空间编码测量是采用多条按照一定规则排列的光栅对只贴有参考标识点的物体进行区域编码,然后通过双 CCD 成像系统记录(见图 3) 。将投影光栅投射到实3 / 4物 P 的表面,此时光栅影像发生变形,然后从不同角度的两个 CCD 抓取。经过数字图像处理后,基于三角形测量原理,大约 400000 个摄像像素中每个一个像素点的 3D 坐标系值被独立而较精确地计算出来。由于物体的整个表面不可能一次就测量完成,所以需要旋转物体进行测量。这样,在不同角度测量获得的物体表面的点云的拼合可以借助参考标识点确定的参考坐标系来完成。在知道成像系统的各个参数和参考点的空间坐标的情况下,就可以通过计算获得物体表面的点云的三维坐标,然后通过拟合等后处理方法获得物体的 CAD 模型。5、光学投影比较仪最后的成型有了之前运用逆向技术，通过光学知识尤其是光栅知识而得的电脑测绘原图，只需根据该图制造相应元件及插件即可，可以说光栅技术在原图成型方面的应用是整个光学投影比较仪的制造最为重要的一环，而物理学中的光学知识（尤其是光栅）发挥了不可磨灭的作用。总结：近几年来关于光学投影比较仪将被淘汰的说法不仅言过其实，而且是完全错误的。事实上，近年来出现了购买和使用投影比较仪的热潮，拥有十几台以上投影比较仪的生产厂家在不断增加。这说明运用经典物理学方法制造而成的测绘学、规划学仪器不会因为时代的演进而被4 / 4遗弃，相反会因为其实用性、经济性而更广的被众多使用者所接受，这也是物理学千百年来一直进步的体现，相信物理将为不仅是测绘学、规划学，而是更多的