JJF
中华人民共和国国家计量技术规范
JJF1951—2021
基于结构光扫描的
光学三维测量系统校准规范
Calibration Specification for Optical 3D Measuring Systems
Based on Structured Light Scanning
2021-12-28发布
2022-06-28实施
国家市场监督管理总局发布 JJF1951—2021
基于结构光扫描的
光学三维测量系统校准规范 Calibration Specification for Optical 3D Measuring
JJF 1951—2021
Systems Based on Structured Light Scanning
归口单位：全国几何量长度计量技术委员会主要起草单位：航空工业北京长城计量测试技术研究所
中国计量科学研究院北京航天计量测试技术研究所
参加起草单位：浙江省计量科学研究院
航空工业沈阳飞机工业（集团）有限公司
北京天远三维科技有限公司
高慕光学测量技术（上海）有限公司（GOMGmbH) 海克斯康测量技术（青岛）有限公司宝力机械有限公司
本规范由全国几何量长度计量技术委员会负责解释 JJF1951—2021
本规范主要起草人：
王继虎（航空工业北京长城计量测试技术研究所）王为农（中国计量科学研究院）甘晓川（航空工业北京长城计量测试技术研究所）刘柯（北京航天计量测试技术研究所）
参加起草人：
茅振华（浙江省计量科学研究院）刘洪霞航空工业沈阳飞机工业（集团）有限公司李仁举（北京天远三维科技有限公司）赵亮［高慕光学测量技术（上海）有限公司（GOMGmbH）」 王晋「海克斯康测量技术（青岛）有限公司顾青柏（宝力机械有限公司） JJF1951—2021
目 录
引言
(IⅡ) (1) (1) (1) (2) (3) (3) (3) (3) (3) (3) (4) (5) (6) (6) (7) (9)
范围· 2 术语和定义· 3 概述.
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计量特性· 5 校准条件. 5.1操作模式和环境条件 5.2 校准用软件： 5.3校准用标准器. 6校准项目和方法. 6.1球形状探测误差Pe，尺寸探测误差P。 6.2 平面形状探测误差F 6.3球心距测量示值误差SD 7 校准结果的处理
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复校时间间隔，附录A球心距测量示值误差不确定度评定示例附录B校准证书内页格式
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引言
JJF1071一2010《国家计量校准规范编写规则》、JJF1001一2011《通用计量术语及定义》和JJF1059.1一2012《测量不确定度评定与表示》共同构成本校准规范修订工作的基础性系列规范。
本规范部分采用VDI/VDE2634.2一2012《光学三维测量系统：第2部分：基于区
域扫描的光学系统》（Optical 3-D Measuring Systems：Optical Systems Based on Area Scanning），VDI/VDE2634.3一2008《光学三维测量系统：第3部分：基于区域扫描的多视角系统》（Optical3-DMeasuringSystems：MultipleViewSystemsBasedonArea Scanning）的内容。
其中，球形状探测误差、尺寸探测误差、平面形状探测误差、球心距测量示值误差等计量特性及校准方法与上述标准一致。
本规范为首次发布。
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基于结构光扫描的
光学三维测量系统校准规范
1范围
本校准规范适用于基于结构光扫描的光学三维测量系统（以下简称结构光测量系统）的校准。
2术语和定义
下列术语和定义适用于本规范。
2.1点云［数据］pointcloud［data
测量获得的用于表征轮廓特征，且彼此关联的空间坐标点的集合。 2.2球棒ballbar，dumbbell
通过刚性结构连接的两个直径相同的球型标靶构成的标准器。 2.3球板ballplate
由一系列直径不等的标准球及固定底板固连组成的标准量具。
2.4结构光structuredlight
向被测轮廓表面投射的具有确定图案的光束。 2.5球形状探测误差sphericalformprobeerror
PF 测量点和拟合球之间径向距离的统计变化范围。
2.6尺寸探测误差sizeprobeerror
Ps 通过点云拟合获得的标准球直径与参考值之差。
2.7平面形状探测误差flatformprobeerror
F 在点云拟合平面垂直方向上，点云中所有点之间距离的最大值。
2.8球心距测量示值误差sphere-spacingerro1
SD 两球之间球心距的测得值与参考值之差。
3概述
结构光测量系统是一种非接触测量设备，通过向被测物体表面投射结构光，并通过采集被测物体表面结构光图形的点云，计算获得被测物体表面轮廓特征。结构光测量系统主要由相机（含镜头组）、结构光投射装置、标定板和测量软件等组成。典型的结构光测量系统组成如图1所示。
结构光测量系统分为单视角系统、多视角系统。单视角系统指测量时不改变结构光
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测量系统与被测物体的相对位置的结构光测量系统。多视角系统指测量时，通过改变结构光测量系统与被测物体的相对位置，从被测物体的不同方向采集点云，并将所有点云变换到统一的坐标系进行数据处理的结构光测量系统。多视角系统可以是在被测物体的不同方向安装的多个结构光测量子系统组成，也可以是通过移动单视角系统到被测物体的不同方向构成。
被测对象
激光投射
相机
被测对象
相机1 结构光投射装置 相机2 （a）基于条纹图案投射系统的结构光测量系统 （b）基于激光图案投射系统的结构光测量系统
图1结构光测量系统的基本组成示意图
4 计量特性
计量特性见表1。
表1计量特性及校准用标准器校准用
单视角 多视角系统 系统
序号
技术参数
计量特性
标准器
球形状探测误差（P）尺寸探测误差（Ps）
标准球 直径推荐使用（0.02～0.2）Ls
+
X
单视角系统：球心距不小于测量范围短边的1/3。
球心距测量示值误差 (F)
球棒 多视角系统：不小于测量范围最
+
2
+
短边的2/3，不大于测量范围对角线的2/3
标准 工作面尺寸不小于0.5Ls× 平面 50 mm
3 平面形状探测误差（SD）
+
Ls- 单视角结构光测量系统测量范围立方体的空间对角线长度，由制造厂商给出。 LM一一多视角结构光测量系统测量范围立方体的空间对角线长度，由制造厂商给出。通常
LM不小于2Ls。
“十”表示应进行此项校准，“一”表示不进行此项校准
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5校准条件
5.1操作模式和环境条件
校准前，需要对操作模式进行设置，包括照明的类型和亮度、测量范围、系统用传感器的类型、数量和分布等。
环境条件，包括环境的振动，背景光、环境温度及其均匀性、变化率等，应在不确定度评定中进行考虑。同时，不应有影响测量的其他环境因素。 5.2校准用软件
1) 校准过程中应使用设备的配套（数据采集和数据处理）软件。 2) 设定图像采集处理的点间距、快门时间、稀疏点云参数、剔除率、拟合算
法等。
注： 1需要稀疏点云时，应按照使用说明书进行。如果制造商未规定这些参数，则不进行稀疏
点云。
2剔除率设定为0.3%。 3除厂商明确规定外，拟合算法推荐采用最小二乘法。
5.3校准用标准器
校准用标准器应由陶瓷、钢、铝或其他刚性材料制成，应具有漫反射表面（非体积散射）。校准不同计量特性所使用的标准器见表1。
由标准器参考值及其不确定度带来的对校准结果影响，应在不确定度评定中进行
考虑。 6校准项目和方法 6.1球形状探测误差PF，尺寸探测误差Ps
根据表1选择适当直径标准球。 标准球应采用适当的方式固定，避免因不稳定引入测量误差。
6.1.1单视角系统
图2同一标准球在测量范围内的不同位置
在测量范围内大致均匀分布在n=10个位置安装标准球，参见图2。测量标准球，
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