光學(xué)測量光學(xué)測頭的應(yīng)用趨勢

　　圖4 將一條由若干光點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(jié)構(gòu)光光源，這樣在傳感器上就可以得到一組畸變光線，從而進(jìn)一步提高采點的速度（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(jié)構(gòu)光光源

目前，各種光學(xué)測頭采用的光源種類主要有激光和白光。激光作為一種準(zhǔn)直、相干的單色光，廣泛地作為點測頭和線測頭的光源。而白光則是由各種波長的光組成，因此顏色呈白色，目前較多地作為結(jié)構(gòu)光光源。由于白光的物理特性，白光點測頭也逐漸應(yīng)用于測量領(lǐng)域中。激光和白光的最大區(qū)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實現(xiàn)其功能；而白光是由各種波長的光組成，所以相干性相當(dāng)微弱。如前所述，利用單色光的高度相干性可以根據(jù)某些原理進(jìn)行測量，但事物的兩面性同時說明，在有些地方相干性也會干擾測量。舉例說明，激光測頭利用物體表面的反射光進(jìn)行三角測量時，照射到物體表面的激光會呈現(xiàn)顆粒狀的結(jié)構(gòu)，這種顆粒狀的結(jié)構(gòu)稱為“散斑”，而這種現(xiàn)象稱為“散斑效應(yīng)”。散斑效應(yīng)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(shù)物體的表面與激光的波長相比都是粗糙的，因此當(dāng)光波從物體表面反射時，表面各點都發(fā)出一束高度相干的子波，子波疊加的結(jié)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(jié)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的光組成，因此相干性被大大削弱，所以在物體表面反射時，很難觀察到散斑效應(yīng)。這樣的區(qū)別對于三角測量來說影響是十分巨大的。原因在于，三角測量是依靠像點在傳感器上的位置來確定物點的空間位置的。而像點在傳感器上通常不會是簡單的一個點，反射光照射到傳感器上使得一部分像素感光，計算機可以通過像素分析來確定這一群像素的中心，從而得到像點的位置。由于散斑效應(yīng)的存在，使得要確定像點的位置變得非常困難，且誤差較大。而分布均勻且對稱的光點對像點位置的確定非常有利（圖7）。這就是三角測量當(dāng)中白光性能要優(yōu)于激光的根本原因。