測量原理

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雷射三角測量

該裝置基於雷射三角測量原理，可獲取高度剖面圖與高度影像。根據此方法，會從一個方向將雷射光線投射至目標物體上。影像感測器則從另一個已知角度觀測該物體。感測器所捕捉的影像會由嵌入式處理器進行分析，並轉換為單一高度剖面圖。透過以特定速度移動目標物體使其通過雷射光線，即可獲取完整的高程影像。雷射、感測器與目標物體這三個點，以及它們之間的角度與距離，共同定義了三角測量幾何結構。

幾何依賴關係

整個裝置的建構與校準主要基於以下三種幾何結構：

視野

視野（FOV）取決於裝置的內建光學元件以及雷射的發射角。近端視野定義於 Z 軸範圍的上限，其範圍比視野更窄；遠端視野則定義於 Z 軸範圍的下限，其範圍比視野更寬。

註

雷射光線的寬度通常比視野（FOV）更寬。這是因為雷射光線邊緣存在不精確之處，因此有必要如此設計。

工作距離

工作距離（WD）指雷射模組下緣與待測量目標表面之間的標稱距離。當測量在工作距離處進行時，測量精度始終最佳。然而，系統定義了一個 Z 範圍，在此範圍內可能出現一個或多個目標表面。總 Z 範圍等於「近端視野（Near FOV）」至工作距離（WD），以及工作距離（WD）至「遠端視野（Far FOV）」這兩段距離的總和。

三角測量角

三角測量角描述了垂直對準的雷射與傾斜的感測器平面之間的角度。

座標系

該裝置的座標系統說明如下：X 軸表示沿雷射光線方向的測量區域寬度，Y 軸表示輸送方向，Z 軸則表示沿雷射平面方向的高度值。

下圖展示了典型的三角測量幾何結構。

決議

各軸的感測器解析度各不相同：

ΔX：沿雷射光線方向及橫跨目標（橫向）的分辨率。此數值等於視野寬度除以成像器像素數
ΔY：垂直於雷射光線（沿運動方向的縱向）的分辨率。此值直接取決於測量頻率與輸送速度。
ΔZ：高度解析度。雷射光線垂直投射於物體表面，而相機則以三角測量角 α 的角度觀測物體。高度解析度可近似計算為：

阻塞

遮擋是雷射三角測量法的一大限制。若感測器無法偵測到雷射光線，便無法取得高度數據。因此必須分析目標物體並規劃掃描路徑，以避免發生遮擋。採用雙頭或多感測器配置可作為解決方案。

裝置模式與峰值偵測演算法

本章將說明已實作之裝置模式與峰值偵測演算法的整體功能。本裝置可運作於 2D 區域掃描模式與 3D 線掃描模式：

Areascan

「區域掃描」模式是一種 2D 影像模式，在此模式下，裝置的運作方式類似於標準的 2D 攝影機。在此模式下，透過裝置介面可擷取 8 至 10 位元解析度的灰階資料。此外，感測器可劃分為多個區域。

Linescan3D

Linescan3D 模式是一種 3D 模式，可提供高度數據。與 Areascan 模式相同，感測器可被劃分為多個區域。對於每個區域，皆可啟用 Scan3dExtraction 功能。Linescan3D 模式可設定為不同的峰值偵測演算法。在此模式下，影像感測器會擷取一張影像，並由選定的演算法依列逐一提取雷射線位置。單張影像中的所有雷射線位置統稱為「輪廓」，其代表目標物體的橫截面。裝置會針對預設數量的輪廓重複此過程，並將其整合為一張距離影像。這張距離影像並非傳統意義上的目標物體影像，而是由一系列高度輪廓所構成。

3D 演算法