基于线激光扫描的三维重建系统研究

论文摘要

目前三维测量技术主要以小尺寸测量研究为主,实现的方式包括机器视觉法和结构光法。以机器视觉法为基础的三维测量技术依赖于匹配算法的实现,而视觉匹配算法计算较为复杂,且不适用于扫描测量技术。编码光法、投影光栅法等光学测量方法的精度较高,但是它们对测量的环境要求较为苛刻,不适用于一般的场景测量;点激光扫描技术对测量环境的要求较少,能够应用于大多数场景,并且它的测量精度很高,但是由于它是逐点测量的,测量速度慢,效率较低。本文主要研究场景的三维测量与重建,在点激光扫描测量技术的基础上,设计了线激光三维扫描测量与重建系统。本课题以激光三角法原理为基础,提出了以相机光轴和激光轴线的相对位置关系构建变换方程的扫描测量方法,解决了线激光扫描测量中的多点匹配难题。同时,本文以最小二乘法为基础实现了系统各部分参数的标定;通过误差分析研究了各个参数对测量误差的影响,并提出了测量误差的改进建议。在条纹图像处理部分,本文不仅研究了图像的噪声来源、不同的噪声处理方法和不同的条纹提取方法,还研究了条纹提取中心的可信度评价。在实验部分,通过场景重建实验验证了系统的可靠性,通过精度评估实验评估了系统测量的距离精度和尺寸精度。实验结果表明:在1000-1700mm的测量范围内,系统测量的距离误差小于2.6mm,相对误差优于0.25%;尺寸误差小于0.32mm,满足一般场景的测量精度要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 国外研究情况
•     1.2.2 国内研究情况
•   1.3 主要研究内容
• 2 基于线激光扫描的三维重建系统的原理设计
•   2.1 系统组成
•   2.2 测量原理
•     2.2.1 图像坐标变换
•     2.2.2 世界坐标变换
•   2.3 系统标定
•     2.3.1 相机参数标定
•     2.3.2 位置参数标定
•     2.3.3 旋转中心标定
•   2.4 本章小结
• 3 线激光条纹图像的处理方法
•   3.1 线激光条纹图像特性
•     3.1.1 高斯光束
•     3.1.2 颜色模型
•   3.2 线激光条纹图像的噪声处理
•     3.2.1 噪声来源
•     3.2.2 空间滤波
•     3.2.3 频域滤波
•   3.3 线激光条纹的提取方法
•     3.3.1 基于几何中心的提取方法
•     3.3.2 基于能量中心的提取方法
•     3.3.3 基于条纹方向的提取方法
•     3.3.4 本文的条纹提取流程
•   3.4 线激光条纹的信度评价
•     3.4.1 线激光条纹的信度评价原理
•     3.4.2 线激光条纹的信度评价方法
•     3.4.3 本文方法的信度评价
•   3.5 本章小结
• 4 基于线激光扫描的三维重建系统实现
•   4.1 基于线激光扫描的三维重建系统的硬件选型
•     4.1.1 工业相机
•     4.1.2 线激光器
•     4.1.3 精密转台
•     4.1.4 控制模块
•   4.2 基于线激光扫描的三维重建系统的软件编程
•     4.2.1 串口通信
•     4.2.2 图像处理平台
•     4.2.3 界面编程
•   4.3 本章小结
• 5 基于线激光扫描的三维重建系统的分析与实验验证
•   5.1 误差分析
•     5.1.1 相机坐标系误差
•     5.1.2 世界坐标系误差
•   5.2 实验验证与测量结果分析
•     5.2.1 场景重建实验
•     5.2.2 实验分析
•   5.3 本章小结
• 6 总结展望
•   6.1 全文总结
•   6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 詹坤烽

导师: 陈文建

关键词: 场景测量,系统标定,条纹中心提取,误差分析

来源: 南京理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,计算机软件及计算机应用

单位: 南京理工大学

分类号: TN249;TP391.41

DOI: 10.27241/d.cnki.gnjgu.2019.001192

总页数: 71

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