虛擬現實 機器視覺 新型飛行器中的光學測量

科學是從測量開始的，沒有測量就沒有科學，至少沒有精確的科學、真正的科學

————門捷列夫

進入21世紀，光學測量除了在傳統的干涉測量技術、激光全息測量與散斑測量技術、激光多普勒測速與激光測距技術、激光衍射測量和莫爾條紋技術以及三維形狀測量技術和微觀三維形貌測量技術等領域取得突破性進展以外，在光纖感測技術、微納光學感測與器件、量子光學感測、虛擬現實等領域創新性成果不斷湧現。本文將介紹光學測量在在虛擬現實、機器視覺、新型飛行器領域的應用。

虛擬現實中的光學測量

實現動作追蹤，只需要知道操作者身上一些關鍵部位的動作即可，因此，操作者身上需要有一些標誌點。獲取動作信息的方法目前主要分為兩種，一種是用ccd相機將運動範圍內的場景拍攝下來，傳送給計算機，再通過圖像處理的方法將操作者身上的標誌點識別出來。一種是採用特殊的光電感測器測量操作者身上的LED光點在光電感測器坐標系中的位置，再將多個感測器測量的結果通過三維解算來最終得出被測點的三維坐標。前者測量精度不高，關鍵在於圖像處理演算法困難，導致系統響應慢，後者可以實現較高的實時性，但易受到環境的干擾，測量範圍有限且不能有障礙物遮擋。在許多科幻電影中也用到了這個技術，演員們穿著裝備反游標記的服裝，攝像機實時地追蹤記錄他的動作。

除了動作追蹤，虛擬現實中的定位也用到了光學測量，這裡介紹三種定位方法。

（1）紅外光學定位:

用多個紅外發射攝像頭對室內定位空間進行覆蓋，被追蹤的物體上放置紅外反光點，這樣就能通過反光點反射回攝像機的圖像確定其空間位置信息

（2）可見光定位：

該方法與紅外光學定位相似，只是被追蹤點改為主動發光的標記點，再使用攝像頭拍攝就能進行定位，但受自然光影響大

（3）激光定位：

基本原理是利用定位光塔，對定位空間發射橫豎兩個方向掃射的激光，在被定位物體上放置多個激光感光接收器，通過計算兩束光線到達物體的角度差，解算出待測定位節點的坐標。

機器視覺

機器視覺就是利用機器代替人眼來做測量和判斷。它屬於非接觸式測量，在工業上的應用中，它的工作原理是通過工業相機採集結構光在被測工件表面的不同反光效果的圖像，經過軟體分析處理得到工件的尺寸信息。如今機器視覺廣泛應用於工業生產中，如，利用機器視覺進行IC尺寸測量。IC引腳是比較脆弱的部件，再生產和傳輸過程中，都會由於意外操作而產生彎曲、折損、折斷等問題，要保證最終的產品質量，在出廠前通過在生產線上配備機器視覺系統，自動測量出引腳的長度和間距就可以判斷出該產品是否有上述的不良現象，及時有效的將不良產品剔除，保證產品質量。

新型飛行器中的光學測量

新一代飛行器正朝著高超聲速，高機動，長距離，高隱形，自監測與自修復方向發展，這對測量技術提出了新的挑戰，新型飛行器中有許多用到光學測量技術的地方，如孔凡玲等人在論文中提到將光纖陀螺用於新型飛行器的角速度參數測量。角速度參數測量對飛行器姿態控制起到至關重要的作用，對其積分可得到飛行器的姿態和軌跡，微分可以得到角加速度數據，方便開展氣動力參數辨識等相關工作。

光纖陀螺的原理是基於Sagnac效應，即在同一閉合光路中從同一光源發出的兩束特徵相等的光，以相反的方向進行傳播，最後匯合到同一探測點。若繞垂直於閉合光路所在平面的軸線，相對慣性空間存在著轉動角速度，則正、

反方向傳播的光束走過的光程不同，就產生光程差，其光程差與旋轉的角速度成正比。因而只要知道了光程差及與之相應的相位差的信息，即可得到旋轉角速度。基於這個原理就可以通過測量兩路光的相位差，來實現對飛行器角速度參數的測量。

另外，光學測量也用於高溫變形測量，未來的飛行器需要承受更高的溫度和更複雜的服役環境，高溫環境下結構變形測量是考核飛行器結構件工作載荷下可靠性的重要判定依據，由於光學測量方法具有設備簡單，課實時全場測量的優點而被廣泛使用。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！