單線激光掃描三維測量技術分析

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1、第一章緒論上的位置也發(fā)生相應的改變。獲取像位移的變化量，根據(jù)像位移和被測物體位移之間的關系即可獲得被測物體的位移。由于激光三角法原理簡單，測量速度快，所以在長度測量和物體三維形貌測量過程中有廣泛的應用。2．超聲波測量法【4J近些年，超聲波成像技術有了飛速的進展，在圖像質量、成像速度等方面的性能有了明顯的提高。與傳統(tǒng)的二維超聲成像相比，三維超聲成像具有圖像顯示直觀、結構參數(shù)精確測量、準確定位病變組織、縮短數(shù)據(jù)采集時問等優(yōu)點，因此，超聲波成像技術在臨床醫(yī)學方面得到了廣泛地應用。3．機器視覺測量【5J機器視覺涉及光學、光電

2、子學、圖像處理、模式識別、信號處理、人工智能及計算機技術等諸多學科領域，內容廣泛。隨著信息處理技術、計算機技術等相關技術的發(fā)展，機器視覺測量技術在科研、國防、安全等領域得到廣泛應用，表現(xiàn)出了優(yōu)異的特性，受到了廣泛重視。隨著CCD、CMOS等光電器件的日臻成熟，以三角法測量技術為基礎的快速三維坐標及輪廓激光視覺測量技術得到快速發(fā)展和廣泛應用。視覺測量一般有三種光源：點結構光、線結構光和面結構光。三種光源中，線激光具有成本低，精度高的特點，易于實現(xiàn)高精度測量，是比較可靠的非接觸測量方法，廣泛應用與三維數(shù)字化領域。正是基于

3、線激光成本低、精度高的特點，本文基于線激光三角法進行三維掃描測量系統(tǒng)設計。1．2三維掃描測量技術的研究現(xiàn)狀三維測量技術的發(fā)展開始于20世紀50年代末，早期的三維測量技術采用非接觸測量方式。直到60年代第一臺紅寶石激光器的發(fā)明，激光技術開始正式用于測量。隨著激光技術和電子技術的發(fā)展，激光測量技術從點結構光發(fā)展到線結構光和面結構光，測量目標從靜態(tài)測量發(fā)展到動態(tài)跟蹤測量和三維立體測量，逐步應用于汽車、模具、航空等制造業(yè)。隨著科學技術的發(fā)展，三維激光掃描測量裝置在測量精度、測量效率等方面有了很大的提高，逐步成為測繪測量領域的

4、研究熱點，成為人們獲取空間三維信息的主要重要技術手段。國內外許多科研機構及企業(yè)都對這方面進行了廣泛且深入的研究，不斷開發(fā)出新的產品，比如三維掃描儀、激光跟蹤儀等，取得了許多重要的成果。下面分別從國內和國外兩方面介紹該技術的研究現(xiàn)狀。第一章緒論1．2．1國外的研究現(xiàn)狀國外有很多從事激光三維掃描儀研究生產的公司，主要分布在歐美等國家。他們的產品各有特點，在測量范圍、測量精度、采樣率及激光類型等方面各有不同，適合于不同的應用場合。人們可根據(jù)自己的實際需要及不同產品的性能選擇不同的掃描儀。下面以某些激光掃描儀為例進行說明。1

5、．瑞士的Leica公司HDSScanStation2激光掃描儀【6]是目前全球最先進的脈沖式掃描儀之一，掃描速度達到50000點／秒，掃描后形成的模型精度可達0．2mm。由于帶有雙軸傾斜補償器，該款掃描儀也具備全站儀的功能，可做后方交匯、導線丈量和放樣等。該掃描儀比較適用于古典建筑和佛像、雕塑、壁畫等的掃描，且已有很多成功案例。掃描獲取數(shù)據(jù)后可以利用Cyclone或其他第三方軟件進行建模，再通過紋理映射或是導進到其他三維軟件中進行紋理貼圖，最終得到物體的數(shù)字化的模型。2．德國David激光三維掃描儀【7】使用手持激光

6、器，讓激光光束掃過被測物體，David掃描儀將立刻在電腦中呈獻細致入微的三維圖像，精度達到0．2mm。分別掃描物體的各個面，軟件將自動合成渲染成全角度的三維立體模型。且圖像可以存成各種標準3D文件格式(OBJ、STL、PLY等)，可以方便的應用在電腦合成、游戲、虛擬三維環(huán)境、產品演示、工藝制作、考古等領域，具有體積小、價廉質高、處理方便的特點。3．美國的Cyberware公司【8J是世界上最早開始從事三維掃描技術研究的公司之一。公司研制的一款全身彩色三維掃描儀配置四個光學掃描探頭，能在17秒時間內對人體從頭部到腳部的

7、各個部位進行多達十萬次掃描，并每隔2mm生成一個測量數(shù)據(jù)值，從而繪制出極為精確的三維人體數(shù)據(jù)集。4．美國紡織及服裝技術中心【TC】2通過使用攝影機從不同角度進行檢測，將影像合并進而成為完整圖像，從而完成測量工作。該公司研制的[TC]2三維人體掃描儀外形類似試衣間，通過發(fā)射激光束在人體體表上下移動。該掃描儀可以在六秒鐘的時間里采集人體80萬個數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)輸送到與之相連的計算機，繪制出具體的人體三維立體圖像，標明被測者各部位的尺寸【9】。5．加拿大Polhemus公司生產的FastSCANCobra／Scorpion

8、手持激光掃描儀，通過將一束激光投影到物體上，同時掃描相機從兩端收集光束，以記錄被測對象的三維曲面結構。在距離被測表面20cm范圍內，可分辨的精度是0．5mm，每秒可獲取15000個坐標數(shù)據(jù)【1?。6．德國GOM公司的ATOS快速三維光學測量儀，采用普通光源，利用光柵投影法將光柵投射到被測物體表面，并通過CCD攝像頭獲取物體表面測量結果。第一章緒