基于线激光的三维测量系统研究与应用

作     者：许冬磊 

作者单位：南京林业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈勇

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 0803[工学-光学工程] 

主      题：激光扫描 模型重建 坐标转换 中心提取 避障 

摘      要：随着科学技术的发展与生产工艺的不断进步,三维激光扫描测量技术在各行各业中得到了广泛的应用,如应用在机械零部件的3D扫描与模型重建、焊接自动化中焊缝的检测、机器人的定位导航与地图重建以及障碍物检测与规避安防等方面。三维激光扫描测量技术作为一种非接触式光学测量方法,具有效率高、速度快、准确性高以及非接触的特性,正逐步成为当前三维测量领域的一个重要研究分支。为了克服传统激光扫描测量系统体积大、价格高的缺陷,本文搭建了一套由pcDuino8硬件板卡、单片机、线激光发射器、液晶显示屏、步进电机和摄像头组成的低成本线激光扫描测量系统,完成了整个系统的硬件设计和软件编写。基于Qt Creator平台,利用OpenCV完成了对线激光条纹的图像处理和各点的坐标转换,采用OpenGL实现对被测物点云的重建。针对线激光条纹中心提取的问题,分析了常用的激光条纹中心检测算法,提出了基于阈值迭代的极值法和加权灰度重心法相结合的提取算法,取得了理想的提取效果。接着用线激光扫描系统对多个物体进行了扫描实验,物体表面均被很好地复原,验证了整个扫描系统算法的准确性,并从多个方面分析了系统测量误差的原因。将线激光扫描测量系统作为一种三维测距传感器,应用到室内移动机器人三维立体避障中,为了进一步提升测量系统的效率,对线激光图像处理算法进行了改进。并基于障碍物表面激光条纹信息的避障方法,在室内环境下进行了移动机器人避障实验,实验结果验证了该方案的可行性。