二維視覺測量采用單攝像機測量目標(biāo)在特定平面中的位置，在二維視覺測量中，由于攝像機與測量平面之間的距離固定，這使得其應(yīng)用受到很大的限制，三維視覺測量隨之應(yīng)運而生。
與二維圖像信息相比，三維信息能夠更全面、真實地反映客觀物體，提供更大的信息量。近年來，各種技術(shù)應(yīng)用于三維信息測量中，由此形成了各類三維測量系統(tǒng)。經(jīng)過幾十年發(fā)展，三維視覺測量系統(tǒng)已具有較成熟的理論和技術(shù)基礎(chǔ)，生產(chǎn)實踐也不斷證明這類系統(tǒng)操作簡便、適應(yīng)性強、精度高。
從狹義上講，三維視覺測量技術(shù)即通過計算機分析處理，讓計算機不僅具有和人眼一樣的視覺感受，而且能夠獲得人眼所不能直接獲得的經(jīng)過量化的物體參數(shù)。
獲取空間三維物體的距離信息是三維成像、三維物體重建和計算機輔助設(shè)計中基礎(chǔ)的內(nèi)容，有著廣泛的實際應(yīng)用價值。光學(xué)三維形貌測量具有非接觸、高精度、高效率的特點，并且在科研、醫(yī)學(xué)診斷、工程設(shè)計、刑事偵查現(xiàn)場痕跡分析、自動在線檢測、質(zhì)量控制、機器人及許多生產(chǎn)過程中得到越來越廣泛的應(yīng)用。為此，光學(xué)學(xué)會在1994年以信息光學(xué)的前沿為主題的年會上，首次將光學(xué)三維測量列為信息光學(xué)前沿的7個主要領(lǐng)域和方向之一。
三維形貌測量方法介紹：
三維形貌測量的方法從測量方式上可分為接觸式和非接觸式。
傳統(tǒng)的接觸式測量方法發(fā)展已有幾十年歷史，其機械結(jié)構(gòu)及電子系統(tǒng)已經(jīng)相當(dāng)成熟。三坐標(biāo)測量機和接觸式粗糙度輪廓儀是接觸式三維測量的典型代表，其原理是用采樣頭的探針接觸模型表面，采集一個輪廓點的數(shù)據(jù)，然后橫向移動一個間距，采集相鄰的輪廓點數(shù)據(jù)，構(gòu)筑整個表面的線框模型。接觸式測量方法具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性，但也存在以下缺點：
（1）測量時測量頭與被測物之間有接觸壓力，它不適合測量柔性物體，而且對測量頭無法觸及的表面沒有很好的測量效果；另外不當(dāng)?shù)牟僮魅菀讚p傷被測物體的表面，特別是高精度表面，同時也會使測量頭磨損。
（2）測量頭本身的半徑以及接觸測量時被測物體受到測量頭擠壓發(fā)生局部形變會影響測量的精度。
（3）接觸式測量是以逐點掃描的方式進行測量的，所以測量速度慢，尤其在測量較大物體時，非常耗時。
（4）由于測量機的機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對工作環(huán)境要求很高，必須防震、防灰、恒溫等，使其應(yīng)用范圍收到一些限制。
盡管世界各國生產(chǎn)廠家都試圖用各種高新技術(shù)來改變這一現(xiàn)狀，但至今都未能從根本上解決測量機原理本身所造成的結(jié)構(gòu)龐大和復(fù)雜的不足，難以滿足當(dāng)今高效率、高精度測量的需求。
非接觸測量方法主要是指光學(xué)測量方法
隨著光電子技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，各種新型器件不斷出現(xiàn)，如電荷耦合器件（CCD, Charge Coupled Device）、數(shù)字投影儀（DLP, Digital Light Processing）等。非接觸式光學(xué)測量技術(shù)得到快速發(fā)展，并開始在一些領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。非接觸式光學(xué)測量方法由于其高靈敏度、高速度、無損壞、獲取數(shù)據(jù)多等優(yōu)點而被公認(rèn)為有前途的三維面形測量方法。
光學(xué)三維視覺測量方法分類
光學(xué)三維視覺測量方法的種類主要分為：攝影測量法、飛行時間法、三角法、投影條紋法、成像面定位法、干涉測量法等。而獲取宏觀物體的三維信息的基本方法可以分成兩大類：被動三維傳感和主動三維傳感。被動三維傳感采用非結(jié)構(gòu)光（自然光）照明方式，從一個或多個攝像系統(tǒng)獲取的二維圖像中確定的距離信息，形成三維面形數(shù)據(jù)。被動三維傳感需要進行大量的相關(guān)匹配運算，當(dāng)被測目標(biāo)的結(jié)構(gòu)信息過于簡單或過于復(fù)雜，或者被測物體上各點的反射率沒有明顯差異時，這種相關(guān)匹配運算將變得十分復(fù)雜和困難。
主動三維傳感啟用結(jié)構(gòu)光照明方式，這是由于物體三維表面對結(jié)構(gòu)光場的空間或時間調(diào)制，觀察到的變形廣場包含了物體三維面形的信息，對變形廣場進行解調(diào)，便可以獲得三維面形數(shù)據(jù)。主動三維傳感具有非接觸、高自動化、高靈敏度、高精度等優(yōu)點，因此，大多數(shù)以三維精細(xì)面形測量為目的的系統(tǒng)都采用主動三維傳感方式。
三維傳感方法分類
根據(jù)物體三維表面對結(jié)構(gòu)照明光場調(diào)制方式的不同，人們又將主動三維傳感方法分為時間調(diào)制與空間調(diào)制兩類。其中更為常用的是空間調(diào)制方法，根據(jù)測量原理的不同，空間調(diào)制又可以分為兩類：直接三角法和相位測量法。直接三角******廓測量是以純粹的三角測量原理為基礎(chǔ)，通過出射點、投影點和成像點三者之間的幾何成像關(guān)系確定物體各點高度。
直接三角法
直接三角法的優(yōu)點是信號處理簡單可靠，無需復(fù)雜的條紋分析就能確定各個測量點的高度信息，自動分辨物體凹凸，即使物體上的物理斷點（臺階、裂縫）、陰影等使圖樣不連續(xù)的缺陷也不會影響測量；缺點是精度不高，不能實現(xiàn)全場測量。而近幾年來興起的相位測量法是采用面結(jié)構(gòu)光照明的三角光路測量法，這類方法首先將規(guī)則的光柵條紋圖像投影到被測物表面，從另一角度看，可以觀察到由于受物體高度的影響而發(fā)生變形的條紋。這種變形可解釋為相位和振幅均為被調(diào)制的空間載波信號。采集變形條紋并從被調(diào)制的結(jié)構(gòu)光場中提取所需的相位信息，然后再根據(jù)高度與相位的映射關(guān)系計算出被測物體的三維面形信息。
相位測量法
相位測量法采用面結(jié)構(gòu)光進行投影，不需要對物體掃描就可以得到物體面形的三維信息，具有全場測量、高速測量的特點。但是由于求解相位時用到了反三角函數(shù)運算，相位截斷在三角函數(shù)的主值范圍內(nèi)，因此還需要進行相位展開才能得到被測物體真實的相位分布。
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