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三维激光测量仪的关键技术研究

三维激光测量仪的关键技术研究

作者：王炜辰吉林大学

学位级别：硕士

本文对于三维激光测量仪的关键技术进行了研究，包括系统结构、二维图像处理、三维坐标重建、点云后期处理等几个技术方面。针对每一项关键技术都说明了其技术路线，制定了解决方案，并且实现了每一部分的功能，完成了三维激光测量仪的... 详细信息

本文对于三维激光测量仪的关键技术进行了研究，包括系统结构、二维图像处理、三维坐标重建、点云后期处理等几个技术方面。针对每一项关键技术都说明了其技术路线，制定了解决方案，并且实现了每一部分的功能，完成了三维激光测量仪的整体设计与关键技术的研究工作。采用上下位机串口通信的方式建立了系统结构，设计了基于步进电机的扫描式测量方式，基于线激光光源采用了光刀扫描的测量方法，运用CCD相机获取结构光图像，从而完成了三维激光测量仪的结构设计。在二维图像处理中，采用经典的steger算法对于结构光图像的条纹中心进行了提取，又利用网格分割的方式减少了图像处理的计算量，简化了算法，并输出了二维坐标集合的结果形式。在论文中，对于一幅结构光照射于人体的图像进了二维图像处理，测量结果比较理想，验证了算法的可行性。在三维重建中，利用已知尺寸参数的黑白棋盘格定标板对系统的图像放大倍数进行了标定，根据旋转扫描测量的结构，结合空间立体几何相关知识，推导出二维像素点坐标的三维尺寸坐标重建算法。设计了三个传感器的测量结构，实现对被测物体侧面的360度测量，利用坐标系的旋转推导了三个传感器的三维重建算法，获取了点云的初始数据。在对点云进行后期处理的研究工作中，分析了系统模型和算法的误差来源，根据旋转式扫描中物距为变参量这一问题，指出了三维重建算法存在的不足，提出了修改方案。采用了变物距的迭代修正算法，对点云初始数据进行迭代修正，并通过实验对算法进行验证。实验中，对原始点云数据抽样，利用抽样点计算目标函数，将计算的函数值与测量真实值进行对比。通过多次修正，验证了该算法可以减小测量误差，并且具有收敛性。对于多点云的拼接问题，在经典的ICP算法原理基础上，采用改进的ICP算法，计算“点对”的权重，提高了运算效率。采用M-估计改进了目标函数，从而去掉了空间异常点的干扰，使得点云数据更加精确，提高了三维测量仪的测量精度。最后对于三维测量仪的关键技术进行了总结与展望，提出了测量仪的改进空间和发展前景。本文从结构、各组件的参数、技术路线、算法原理与验证等多方面对三维激光测量仪的关键技术进行了研究，分析了各个关键技术的优点与不足，提出并实现了其解决方案，系统全面地研究论证了三维激光测量仪的实现方案，为三维激光测量仪的产业化生产研发提供了有效的技术依据。希望通过本文对于三维测量技术的研究工作，能让人们了解三维激光测量仪的构造，原理和功能，能给相关领域的科学工作者带来借鉴的意义，推动促进三维测量产业的发展。

关键词：三维扫描测量图像处理三维重建点云处理

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基于一维标定杆的多相机标定算法研究与实现

基于一维标定杆的多相机标定算法研究与实现

作者：刘家辰合肥工业大学

学位级别：硕士

近年来针对大尺寸零件的高精度测量需求日益增多,特别在航空航天、汽车制造等领域,对测量精度与效率提出了更高的要求。三维光学扫描系统在复杂曲面测量中拥有出色的性能,使用视觉跟踪系统对三维光学扫描测头进行跟踪,可以进一步提高其... 详细信息

近年来针对大尺寸零件的高精度测量需求日益增多,特别在航空航天、汽车制造等领域,对测量精度与效率提出了更高的要求。三维光学扫描系统在复杂曲面测量中拥有出色的性能,使用视觉跟踪系统对三维光学扫描测头进行跟踪,可以进一步提高其测量精度。为保证多相机视觉跟踪系统的性能,需要合理规划相机布局,并提高相机标定精度等。为此,本文视觉跟踪系统的相机布局进行了优化,并针对基于五点一维标定杆的多相机标定算法进行了研究与改进。本文主要研究成果如下:(1)针对三维光学扫描测量系统中的测头视觉跟踪系统,设计了一种多相机位置布局方案,在保证系统测量精度的同时,获取尽可能大的测量范围;(2)提出了一种改进的多相机标定算法,提高了多相机标定的速度和精度;(3)设计了一套基于五点一维标定杆的多相机标定流程,在保证标定精度的前提下使用尽可能少的标定图像,实现本文提出的多相机标定算法;(4)设计了一套上位机人机交互软件界面,为标定过程提供了可视化引导。经过仿真实验验证,本文设计的四相机布局方案具有5.03立方米的测量空间,相较先前的双相机系统空间范围提高了100%。根据标定仿真实验结果,与理论参数进行对比,误差在0.1%以内。

关键词：三维扫描测量视觉跟踪多相机标定一维标定杆

调频激光雷达测量技术及在航空航天领域的应用

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宇航计测技术 2021年第4期41卷 1-8页

作者：刘柯张容卓缪寅宵朱浩宋金城郭力振郭天茂北京航天计量测试技术研究所北京100076

介绍了调频式激光雷达、调频连续波测距的基本工作原理及关键技术,分析了目前激光雷达三维扫描测量技术在国内外航空航天等先进制造领域的应用现状,并展望了该测量技术未来的研究发展趋势。

关键词：调频式激光雷达调频连续波测距三维扫描测量

大面积超高大跨度弧形双曲面GRG装饰墙数字化施工技术

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广东土木与建筑 2021年第11期28卷 8-11页

作者：李云锋吴奕君广东省第一建筑工程有限公司广州510010

针对大面积超高大跨度弧形双曲面GRG装饰墙数字化施工技术进行研究,采用BIM数控测量、3D激光扫描、五轴雕刻、三维放线、多源信息融合技术等多种技术,大幅提高了弧形骨架、面板测量定位的精度,保证GRG装饰墙曲面顺滑流畅,饰面木纹自然对... 详细信息

针对大面积超高大跨度弧形双曲面GRG装饰墙数字化施工技术进行研究,采用BIM数控测量、3D激光扫描、五轴雕刻、三维放线、多源信息融合技术等多种技术,大幅提高了弧形骨架、面板测量定位的精度,保证GRG装饰墙曲面顺滑流畅,饰面木纹自然对接,保证了施工质量,提高了测量放线、检测纠偏的效率,缩短工期,节省工程成本。

关键词：大面积超高大跨度弧形双曲面GRG装饰墙数字化施工三维扫描测量点云模型数字化施工技术五轴雕刻复原

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乘用车车辆识别代号的深度值稳定控制与测量

汽车工程师 2019年第12期 55-57页

作者：苏展华晨宝马汽车有限公司

为满足国家标准对乘用车车辆识别代号(VIN)深度需大于等于0.2 mm的要求,并验证量产的打号设备在打号时的深度稳定性和精确性,某集团采用三维扫描仪动态测量打刻字符的实际深度,并以字符编组制表。应用概率与数理统计理论,对打号机设备... 详细信息

为满足国家标准对乘用车车辆识别代号(VIN)深度需大于等于0.2 mm的要求,并验证量产的打号设备在打号时的深度稳定性和精确性,某集团采用三维扫描仪动态测量打刻字符的实际深度,并以字符编组制表。应用概率与数理统计理论,对打号机设备的能力指数(Cmk)进行了计算,测试片的Cmk值为1.705,符合Cmk值在1.67以上的集团标准,缺陷率降低到150/100万,为新车型量产和产品质量审核提供了依据。

关键词：乘用车 VIN 打刻深度三维扫描测量 Cmk控制

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基于棋盘格的线结构光平面标定方法

仪器仪表用户 2017年第4期24卷 6-9页

作者：李瑞熊显名桂林电子科技大学电子工程与自动化学院广西桂林541004

线结构光的三维扫描测量系统中,除摄像机标定之外线结构光平面的标定也是至关重要的环节,因为其与最终得到的三维坐标的准确性有直接的关系。由于传统的方法大多需要借助其它设备,且价格昂贵、步骤复杂、效率低下。因此,文章提出了一种... 详细信息

线结构光的三维扫描测量系统中,除摄像机标定之外线结构光平面的标定也是至关重要的环节,因为其与最终得到的三维坐标的准确性有直接的关系。由于传统的方法大多需要借助其它设备,且价格昂贵、步骤复杂、效率低下。因此,文章提出了一种全新的线结构光平面标定方法。该方法仅仅使用棋盘格作为平面靶标,在保证线结构光投射到棋盘格的前提下,平面靶标可自由移动位置。通过在摄像机坐标系中提取激光平面上的特征点,并利用这些特征点计算出激光平面的方程,从而得出激光平面与空间坐标系的位置关系。实验证明该方法成本低、步骤简单、效率高、具有很好的通用性。

关键词：计算机视觉结构光平面三维扫描测量标定平面靶标