德国科学家研发可检测透明物体三维形状的热红外传感器

近日，德国弗劳恩霍夫应用光学与精密机械研究所(IOF)成功开发出一种利用激光和热辐射进行3D扫描的新方法，可精确测量透明物体的外形。

3D扫描能够将物体的立体信息转换为计算机直接处理的数字信号，为实物数字化提供方便快捷的手段。目前为止，大多数非接触式3D扫描仪都是把激光(点、线或者阵列式)投射到物体表面，随后根据物体的反射光来判断位置信息。但是，光学3D传感器通常无法准确探测透明物体。因此，在测量透明物体时，不得不先将物体临时涂上漆，扫描后再费时费力地将其清除。具有反射或黑色表面的物体也有同样的问题。

而IOF研究人员开发的新方法，不需要对透明物体进行预处理，即可精确检测其外形。该系统的核心是一个高能二氧化碳激光器，将高功率密度的激光束照射物体，激光能量会被测量对象吸收，并辐射出其中一部分。两个热像仪从不同角度分析这种热信号，利用研究所自己开发的软件，从两个视角的信息来计算空间图像点，将它们组合在一起，最后形成测量对象的3D数据。

整个过程实际上是热成像和三角测量的结合。IOF研究人员马丁·兰德曼强调：“随着从全表面热模式到窄热带的变化，我们进一步发展了该技术，能够满足工业用3D传感器的要求。”通过相应的光学器件，研究人员成功将激光的功率聚焦在非常小的表面上，为热像仪提供了更快的必要对比度。在160毫米像场宽度时，生成的3D坐标精度能达到10微米以下。

目前，研究人员正致力于将该技术推向市场，并针对不同的应用场景进行优化。由于测量过程中的热能非常低，加热和未加热表面之间的温差通常小于3℃，所以该方法也适用于敏感材料。结合测量场的大小以及分辨率和速度，这个被称为“热红外3D传感器”(MWIR-3D)的系统适用于生产过程中的质量控制或自动化应用。研究人员认为，如果将分辨率降低到50微米以下，系统可以在1秒钟内生成3D数据集，有望在机器人技术中得到应用。

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