利用3D机器视觉技术的质量保证系统可以对产品进行检查，发现缺陷，同时测量零件的所有尺寸，并随机定位物品方位等任务。对于需要高度、长度和宽度信息的测量任务，3D视觉比2D视觉更具优势。

当前虽然存在多种3D成像技术，但激光三角测量是用于包装、装配和类似应用的在线3D质量检测的快速而经济的方法。然而，3D激光三角测量中一直存在着产生激光散斑的干涉图案，即激光光线中随机出现的亮点和暗点。激光散斑是激光三角测量中测量误差产生的主要来源之一。对此，研究人员始终在寻求解决方案，以减少甚至消除3D激光三角测量系统中激光散斑的影响，同时提高系统速度和空间分辨率。

利用激光

3D激光三角测量系统由三个基本要素组成：激光线发生器、用于捕获激光线反射的摄像机和用于处理图像并提取3D（有时是2D）数据的计算机。当今，主流的解决方案是将三个元素集成到一个预先校准的设备里，从而简化了安装和操作步骤。

蓝色无斑点激光和有斑点的红色激光。无散斑线的均匀性及其相关光学元件的设计实现了更高精度，并能抵抗倒置安装时所产生的遮挡和阻塞

例如，当应用这些系统检查传送带上的物品时，系统的摄像头会在物体穿过激光线平面时捕获其一系列轮廓。相机通过捕捉激光线投射到物体上并反射回来的方式，映射出物体的高度。图像处理软件将反射光的各个轮廓组合成3D点云或表面图。

激光光源特别适合3D扫描仪，因为它们的相干光束可以实现最细、最亮和发散最小的线条。当激光以一片薄薄的光发射放出时，例如激光轮廓仪的扇形光束，就可以投射到很远的距离，其厚度仅相当于几张纸的厚度。这是使激光散斑进入相关应用领域的重要发现。

缓解和权衡

散斑会影响所有的3D激光三角测量系统，工程师们已经尝试用各种方法来减少它的影响。由于散斑对比度与波长成正比，与光圈成反比，使用特定波长或调节相机光圈可以在一定程度上控制散斑。使用波长较短的激光器或使用孔径较大的相机，可能会导致平均散斑对比度降低50%，但峰谷误差变化不大。如果把散斑激光线比喻成是一条有坑洼的道路，那么仅调整上述一个影响因素后，这条道路可能坑坑洼洼的地方会减少、变浅，但还是会存在几个大的坑洼。

2D高度图（左）和3D点云（右）。当颜色是高度信息的唯一衡量标准时，高度图很难确定其顶部和底部的位置。3D点云投影显示了真实体积，高的点用浅色高亮显示，就像真实场景一样

另外一种削弱散斑的方法是获取多幅图像并将其平均。如果散斑模式因物体通过光束的运动或通过其他方式而发生了足够的变化，那么平均多个图像会降低最终图像的散斑对比度，其大小为图像数量平方根的倒数。这种技术产生的图像自然地平均了空间特征。但该方法涉及大量的时间和成本，不适用于大多数检测应用。

激光全息术中使用的两种方法，即通过移动激光或移动放置在激光和被照明场景之间的漫射器来消除散斑。虽然这两种方法可以减少甚至几乎消除散斑，但移动重物（在这种情况下相当于几克重）会将相机集成时间限制在几毫秒内。当许多测量需要数十微秒的积分时间时，这就有问题了。此外，漫射器会破坏光束质量，从而无法产生薄片光。

照亮前进的道路

一种创新的新方法可以使3D激光轮廓系统能够消除散斑，并产生干净、笔直和明亮的线条。它使用了一个微机电系统反射镜，以28kHz的频率来回扫描450nm的蓝色激光束，使其穿过特殊的漫射光学器件。这种微结构光学元件可以在一个完全均匀的扇形中使激光精确地向一个方向扩散，同时保持与未扩散激光束相等的薄片厚度。这种配置提供了单片半导体波束控制解决方案的鲁棒性（robustness）。整个组件在2级激光人眼安全限制范围内运行良好，安装在肮脏的工业环境中也能可靠运行。

该系统具有均匀的强度分布和优良的线质量。得益于漫射器微结构的设计和场透镜的设计，场透镜可以像传统激光线发生器一样高效地集中激光扇区。漫射器和场透镜在物体上产生激光线，当散射回图像传感器时可以消除所有散斑而不损失光。与试图通过使用紫色激光和大光圈相机减少散斑所不同的是，该系统的设计从源头消除了散斑产生的原因，基于3D激光扫描的检测系统有效消除了开发过程中常见的浅坑和深坑。

此外，由于激光线从数百个不同的点沿着多部分光学投射，因此会产生数千个不相关的散斑图案，从而消除客观散斑。这种投影方法还有一个额外的优点，即对操作人员的安全。由于激光线从漫射器的宽线光源投射而不是由单个光点绘制，因此线亮度高，而可能造成安全危险的光量却下降了（宽光源每平方毫米的光比由强光点绘制的线少得多）。因此，所使用的激光源的等级被归类为2级，而不是3B级或3R级，从而显着减少了所需的安全设备数和成本。

激光从线性漫射器的数千个点投射出来的另一个好处是，激光窗口上的灰尘和污染物不会破坏投射线，只会使投影线轻微变暗，而且不会对3D扫描仪的操作产生负面影响。该设计通过每秒在同一区域投射成千上万条激光线来生成激光线。这种方法使系统集成商在倒置安装3D激光传感器时更有信心，因为它减少了激光窗口上的空气污染物沉降，不再担忧由此导致的紧急系统失效。

分辨率和速度

与传统的减少散斑3D激光轮廓解决方案相比，采用多部件光学设计，在检测过程中将激光对准零件或产品产生更高的信噪比。这使得系统能够高速运行，单个帧采集时间低至36µs。无散斑激光线也意味着更高的空间分辨率。通过清晰明亮的激光线和快速的采集速度，可以从同一解决方案生成高分辨率2D灰度和3D体积图像，显著扩展功能，降低成本。

对于许多应用，如汽车组装、包装和电子行业，机器视觉的2D与3D成像问题集中在3D的成本和复杂性上。然而，在解决许多自动化制造挑战时，系统集成商和设计师可能更喜欢3D高度数据而不是2D数据。3D激光扫描技术的进步减少了图像采集和集成时间，也降低了运营成本。