三維激光掃描定位系統(tǒng)研究.pdf

1、三維激光掃描定位測(cè)量系統(tǒng)突破其他手持式掃描系統(tǒng)在應(yīng)用操作上的限制,且具有手持式、非接觸、測(cè)量快速、精確地獲取大量關(guān)于復(fù)雜曲面形狀的數(shù)據(jù)點(diǎn)這種特點(diǎn),被廣泛運(yùn)用于工業(yè)測(cè)量當(dāng)中。該測(cè)量系統(tǒng)由三個(gè)高精度攝像頭及一個(gè)激光發(fā)射裝置組成,實(shí)質(zhì)為一套雙目視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)及一套線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)合。為靈活地獲取被測(cè)物體全方位的三維信息,需在被測(cè)物體上粘貼一系列的標(biāo)志點(diǎn),在操作過(guò)程中,可采集不同方位下被測(cè)物體各標(biāo)志點(diǎn)信息,通過(guò)雙目視覺(jué)測(cè)量理論獲得測(cè)量系統(tǒng)

2、的空間位置,再通過(guò)線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)測(cè)量理論獲得被測(cè)物表面上線結(jié)構(gòu)光點(diǎn)在測(cè)量系統(tǒng)坐標(biāo)系下的位置,最后將移動(dòng)過(guò)程中各個(gè)方位數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接,還原被測(cè)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(cè)量系統(tǒng)的點(diǎn)云采集方法及相關(guān)文獻(xiàn),推導(dǎo)了移動(dòng)測(cè)量坐標(biāo)變換算法及光刀點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算方法,并且在Matlab上設(shè)計(jì)了相關(guān)程序,通過(guò)實(shí)際試驗(yàn),驗(yàn)證程序的正確性,為三維激光掃描定位系統(tǒng)提供了實(shí)現(xiàn)手段。具體內(nèi)容包括:
　　1、介紹視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)的發(fā)展、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)

3、狀、本文研究的背景和意義和要研究的問(wèn)題。
　　2、介紹雙目視覺(jué)測(cè)量原理。討論了雙目視覺(jué)測(cè)量?jī)?nèi)外參數(shù)模型,并介紹了攝像機(jī)像素坐標(biāo)同世界坐標(biāo)系之間的關(guān)系。
　　3、對(duì)坐標(biāo)系變換矩陣進(jìn)行了介紹,討論了同一位置點(diǎn)在不同坐標(biāo)系下的坐標(biāo)變換約束。要實(shí)現(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)的自定位,需要通過(guò)雙目攝像頭對(duì)不同角度進(jìn)行標(biāo)志點(diǎn)數(shù)據(jù)采集并拼接。為實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)拼接,可以通過(guò)被拼接數(shù)據(jù)中的共同因子在不同角度下的攝像機(jī)坐標(biāo),反求兩個(gè)角度下攝像機(jī)坐標(biāo)系的

4、變換情況。本文介紹了SVD坐標(biāo)變換求解算法,并且在MATLAB上編寫(xiě)了程序。為驗(yàn)證程序的正確性,本文采用DH-HV1300FC攝像機(jī)搭建了雙目視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng),在不同位置下對(duì)一標(biāo)定板進(jìn)行拍攝,采集了標(biāo)定板上標(biāo)志點(diǎn)位置,進(jìn)而反算了測(cè)量系統(tǒng)在不同位置下坐標(biāo)變換矩陣,并通過(guò)反求實(shí)驗(yàn)比較該方法的誤差,驗(yàn)證該算法的正確性。
　　4、對(duì)線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)測(cè)量原理進(jìn)行了介紹。提出了一種線結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量系統(tǒng)的線結(jié)構(gòu)光平面參數(shù)標(biāo)定的方法。該方法通過(guò)不同位置的

5、標(biāo)定板的光刀點(diǎn)信息,利用攝像機(jī)模型內(nèi)外參數(shù)、標(biāo)定板平面和結(jié)構(gòu)光平面的約束,構(gòu)造出含有線結(jié)構(gòu)光平面參數(shù)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(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該方法的有效性。
　　5、對(duì)圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)提取方法及數(shù)據(jù)后處理方法進(jìn)行了介紹。其中,實(shí)現(xiàn)設(shè)備定位需要通過(guò)在被測(cè)物上粘貼一系列標(biāo)志點(diǎn),本文將標(biāo)志點(diǎn)分成無(wú)編碼標(biāo)志點(diǎn)及有編碼標(biāo)志點(diǎn),同時(shí)對(duì)這兩類標(biāo)志點(diǎn)中心提取算法進(jìn)行了介紹;實(shí)現(xiàn)被測(cè)物體表面測(cè)量,涉及到線結(jié)構(gòu)光刀數(shù)據(jù)的采集,