中文摘要：

在测量表面形貌的三维视觉传感器中，线结构光是一种常用的光源。但传统线结构光无法同时满足长焦深，小线径的要求，这就使得大测量范围与高测量分辨力及高精度成为一对矛盾。本研究项目提出一种线性贝塞尔结构光及其实现方法。这种光既具有线结构光特性，又具有贝塞尔光焦深长、中心光斑小的特点。将这种光束应用于三维曲面表面形貌测量，可同时满足大面积、大量程、高分辨力、高精度、高速度的测量要求。因为，长焦深、小聚焦线径可保证大量程与高分辨力同时得到满足。在很大范围内保持聚焦状态，又使得高度变化较大的被测表面能时刻处于聚焦光束的范围内，以保证测量精度，并消除传统线结构光无法保证每一被测点均在聚焦范围内，导致各点测量精度不同的问题。同时，无需不断调焦、对焦，故可提高测量速度。这种测量系统可用于快速测量大型工件的三维曲面表面形貌,如汽车车身、飞机构件等的测量，为分析其使用性能提供有力的依据。

结论摘要：

在表面形貌的三维快速测量中，线结构光是一种常用的光源。传统线结构光无法同时满足长焦深、小线径的要求，使大测量范围与高测量分辨力及高精度成为一对矛盾。本研究项目提出一种新型的线性贝塞尔无衍射结构光源，它既具有线结构特性，又具有无衍射光焦深长、焦点光斑线径小，且分布不随传播距离变化的优良特性。将这种光源应用于三维表面形貌测量，可解决以上矛盾。本研究项目在线性无衍射结构光的理论及实现方法上进行了深入的研究，提出利用三角棱镜法、组合三角棱镜法实现线性无衍射结构光，对两种实现方法的优劣进行了对比分析。给出了棱镜对平面波、高斯波及球面波入射时的光学理论分析、数学模型及相关的实验结果。用CCD 对线性无衍射光束进行采集并作图像处理。本研究项目在实现无衍射线结光源的基础上，将其应用于三维表面形貌的光学三角测量法中，并对其实现及定标方法进行了相应的理论研究。本研究项目研制并加工了若干套线性无衍射结构光的实现系统。其中一套可得到焦深230毫米、线宽约3.6微米的无衍射线结构光源。该研究项目在国内外尚未发现类似研究，其研究将为快速测量大型工件的三维表面形貌测量提供坚实的基础，具有广阔的应用前景。