光學(xué)測量光學(xué)測頭的應用趨勢

　　圖4 將一條由若干光點(diǎn)組成的光條紋投射到物體表面

　　更有測頭用光柵將一束光分散并編碼，形成一定模式的結構光光源，這樣在傳感器上就可以得到一組畸變光線(xiàn)，從而進(jìn)一步提高采點(diǎn)的速度（圖5）。

　　圖5 測頭用光柵將一束光分散并編碼，形成一定模式的結構光光源

目前，各種光學(xué)測頭采用的光源種類(lèi)主要有激光和白光。激光作為一種準直、相干的單色光，廣泛地作為點(diǎn)測頭和線(xiàn)測頭的光源。而白光則是由各種波長(cháng)的光組成，因此顏色呈白色，目前較多地作為結構光光源。由于白光的物理特性，白光點(diǎn)測頭也逐漸應用于測量領(lǐng)域中。激光和白光的最大區別在于，激光是一種單色光，因此擁有高度相干性，有些測頭正是利用了激光的相干性來(lái)實(shí)現其功能；而白光是由各種波長(cháng)的光組成，所以相干性相當微弱。如前所述，利用單色光的高度相干性可以根據某些原理進(jìn)行測量，但事物的兩面性同時(shí)說(shuō)明，在有些地方相干性也會(huì )干擾測量。舉例說(shuō)明，激光測頭利用物體表面的反射光進(jìn)行三角測量時(shí)，照射到物體表面的激光會(huì )呈現顆粒狀的結構，這種顆粒狀的結構稱(chēng)為“散斑”，而這種現象稱(chēng)為“散斑效應”。散斑效應的產(chǎn)生，是由于激光照射在粗糙表面經(jīng)反射造成的。大多數物體的表面與激光的波長(cháng)相比都是粗糙的，因此當光波從物體表面反射時(shí)，表面各點(diǎn)都發(fā)出一束高度相干的子波，子波疊加的結果就形成了物體表面呈隨機分布的散斑（圖6）。

　　圖6 子波疊加的結果就形成了物體表面呈隨機分布的散斑

　　而白光由于由各種波長(cháng)的光組成，因此相干性被大大削弱，所以在物體表面反射時(shí)，很難觀(guān)察到散斑效應。這樣的區別對于三角測量來(lái)說(shuō)影響是十分巨大的。原因在于，三角測量是依靠像點(diǎn)在傳感器上的位置來(lái)確定物點(diǎn)的空間位置的。而像點(diǎn)在傳感器上通常不會(huì )是簡(jiǎn)單的一個(gè)點(diǎn)，反射光照射到傳感器上使得一部分像素感光，計算機可以通過(guò)像素分析來(lái)確定這一群像素的中心，從而得到像點(diǎn)的位置。由于散斑效應的存在，使得要確定像點(diǎn)的位置變得非常困難，且誤差較大。而分布均勻且對稱(chēng)的光點(diǎn)對像點(diǎn)位置的確定非常有利（圖7）。這就是三角測量當中白光性能要優(yōu)于激光的根本原因。