三維激光掃描定位系統研究.pdf

1、三維激光掃描定位測量系統突破其他手持式掃描系統在應用操作上的限制,且具有手持式、非接觸、測量快速、精確地獲取大量關于復雜曲面形狀的數據點這種特點,被廣泛運用于工業(yè)測量當中。該測量系統由三個高精度攝像頭及一個激光發(fā)射裝置組成,實質為一套雙目視覺測量系統及一套線結構光視覺測量系統的結合。為靈活地獲取被測物體全方位的三維信息,需在被測物體上粘貼一系列的標志點,在操作過程中,可采集不同方位下被測物體各標志點信息,通過雙目視覺測量理論獲得測量系統

2、的空間位置,再通過線結構光視覺測量理論獲得被測物表面上線結構光點在測量系統坐標系下的位置,最后將移動過程中各個方位數據進行拼接,還原被測物體全方位的三維造型。本課題參考了三維激光掃描定位測量系統的點云采集方法及相關文獻,推導了移動測量坐標變換算法及光刀點坐標計算方法,并且在Matlab上設計了相關程序,通過實際試驗,驗證程序的正確性,為三維激光掃描定位系統提供了實現手段。具體內容包括:
　　1、介紹視覺測量系統的發(fā)展、國內外研究現

3、狀、本文研究的背景和意義和要研究的問題。
　　2、介紹雙目視覺測量原理。討論了雙目視覺測量內外參數模型,并介紹了攝像機像素坐標同世界坐標系之間的關系。
　　3、對坐標系變換矩陣進行了介紹,討論了同一位置點在不同坐標系下的坐標變換約束。要實現測量系統的自定位,需要通過雙目攝像頭對不同角度進行標志點數據采集并拼接。為實現快速、準確地實現數據拼接,可以通過被拼接數據中的共同因子在不同角度下的攝像機坐標,反求兩個角度下攝像機坐標系的

4、變換情況。本文介紹了SVD坐標變換求解算法,并且在MATLAB上編寫了程序。為驗證程序的正確性,本文采用DH-HV1300FC攝像機搭建了雙目視覺測量系統,在不同位置下對一標定板進行拍攝,采集了標定板上標志點位置,進而反算了測量系統在不同位置下坐標變換矩陣,并通過反求實驗比較該方法的誤差,驗證該算法的正確性。
　　4、對線結構光視覺測量原理進行了介紹。提出了一種線結構光三維測量系統的線結構光平面參數標定的方法。該方法通過不同位置的

5、標定板的光刀點信息,利用攝像機模型內外參數、標定板平面和結構光平面的約束,構造出含有線結構光平面參數的線性方程組,利用最小二乘法求解出光平面線性方程中的參數。實驗結果證明該方法的有效性。
　　5、對圖像數據點提取方法及數據后處理方法進行了介紹。其中,實現設備定位需要通過在被測物上粘貼一系列標志點,本文將標志點分成無編碼標志點及有編碼標志點,同時對這兩類標志點中心提取算法進行了介紹;實現被測物體表面測量,涉及到線結構光刀數據的采集,