三維激光掃描系統(tǒng)的誤差分析與標(biāo)定技術(shù)的研究.pdf

1、三維激光掃描技術(shù)作為獲取三維空間數(shù)據(jù)的有效手段,以其決速、精確、無(wú)接觸測(cè)量等優(yōu)勢(shì)在眾多領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。隨著三維激光掃描技術(shù)在科研、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛,對(duì)其測(cè)量精度的要求也提出了越來(lái)越高的要求。針對(duì)這一情況,本論文以實(shí)驗(yàn)室所在的SEREIN三維激光掃描儀為研究對(duì)象,對(duì)三維激光掃描儀的誤差模型、點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集與處理及其標(biāo)定技術(shù)等若干關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了如下研究:
　　 (1)論文分析了影響三維激光掃描系統(tǒng)測(cè)量精度的因素

2、,根據(jù)建立的三維激光掃描儀的坐標(biāo)系,基于齊次坐標(biāo)變換理論,推導(dǎo)了考慮誤差條件下的工作臺(tái)與CCD測(cè)頭之間的位姿關(guān)系矩陣和全部誤差項(xiàng)的誤差表達(dá)式,建立了三維激光掃描儀的誤差模型。
　　 (2)由三維激光掃描儀測(cè)量得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)含有大量的雜點(diǎn)和噪聲,為其后續(xù)處理與應(yīng)用帶來(lái)了很大的麻煩。論文利用逆向工程軟件Imageware與仿真編程軟件MATLAB完成了點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理。對(duì)顯而易見(jiàn)的粗大雜點(diǎn),我們把由三維激光掃描儀得到的包含點(diǎn)云數(shù)據(jù)信

3、息的ASC文件導(dǎo)入逆向工程軟件Imageware,采用半自動(dòng)的處理方法剔除;為了減少冗余的點(diǎn)云數(shù)據(jù),根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的密度分布,利用MATIAB程序語(yǔ)言,對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)完成簡(jiǎn)化處理;為了去除點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的噪聲,論文選用濾波效果較好的小波對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行了濾波處理。
　　 (3)通過(guò)研究標(biāo)定技術(shù)改善測(cè)量精度的措施是目前提高三維掃描儀測(cè)量精度的主要研究方向之一。作者通過(guò)參考大量有關(guān)標(biāo)定技術(shù)的文獻(xiàn)資料,加工設(shè)計(jì)了11×11維標(biāo)準(zhǔn)孔板與標(biāo)準(zhǔn)鋼球相結(jié)

4、合的標(biāo)定板。同時(shí)為了提高標(biāo)定的精度,利用超精密儀器對(duì)該標(biāo)定孔板的圓孔中心距進(jìn)行了精密測(cè)量,并在以后標(biāo)定過(guò)程中以此為標(biāo)準(zhǔn)。論文標(biāo)定過(guò)程中根據(jù)計(jì)算思路,對(duì)由預(yù)處理后得到標(biāo)準(zhǔn)鋼球的點(diǎn)云數(shù)據(jù)利用遺傳算法優(yōu)化擬合,得到標(biāo)定板上各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)鋼球的最優(yōu)球心坐標(biāo),進(jìn)而通過(guò)對(duì)比標(biāo)定板上的標(biāo)準(zhǔn)球心距與最優(yōu)球心距,求得三維激光掃描儀在該位置的誤差。論文完成了SEREIN三維激光掃描儀11個(gè)位置的標(biāo)定,并給出了三維測(cè)量誤差,對(duì)三維掃描系統(tǒng)誤差分析與標(biāo)定技術(shù)的研究具