大景深便攜式三維激光掃描儀及其在機器人視覺中的應(yīng)用研究.pdf

1、在眾多的三維面形測量方法中，激光三角測量法作為一種非接觸式測量方法，有著光學結(jié)構(gòu)簡單、速度快、可在線測量、成本低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，目前已經(jīng)在三維面形測量、快速成型、逆向工程上得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著光學和微電子技術(shù)的發(fā)展，便攜式集成三維掃描系統(tǒng)得到了快速發(fā)展，它可以方便地從多角度多方位獲取物體的三維信息，已經(jīng)在太空探測和機器人視覺方面得到了較好的應(yīng)用。但是當激光視覺測量系統(tǒng)應(yīng)用于一些尺寸較大、面形較復雜的物體的三維檢測時，由于掃描

2、系統(tǒng)景深的限制，測量精度常常不高，必須進行多路徑編輯，并對每一次掃描的數(shù)據(jù)進行疊加，這將增加激光掃描的時間以及增大三維重建時的復雜程度，降低工作效率，因此增大掃描系統(tǒng)的景深對于提高測量精度、降低三維重建時拼接過程的復雜度，以及提高效率等有著重要的意義。 本文中，基于Scheimpflug條件對CCD平面進行偏轉(zhuǎn)，成功地將激光掃描系統(tǒng)的景深由30mm擴大到100mm以上；通過建立CCD偏轉(zhuǎn)后的攝像機模型，推導了CCD偏轉(zhuǎn)后的物像關(guān)

3、系方程，對擴大景深后的激光掃描系統(tǒng)進行了標定；同時針對景深擴大后帶來的測量精度顯著降低的問題提出了一種將系統(tǒng)全景深范圍進行分段校準的新方法，使用標定得出的攝像機參數(shù)進行三維測量時的精度可以達到0.06mm。在以上研究工作的基礎(chǔ)上，成功開發(fā)出了一種景深范圍大、測量精度高的便攜式三維激光掃描系統(tǒng)。 為將所開發(fā)的大景深便攜式三維激光掃描儀用于機器人視覺，我們提出了一種將一個已知半徑的標準球作為工具的機器人“手-眼”標定的新方法，完成了