激光點(diǎn)掃描儀數(shù)據(jù)采集與相關(guān)處理算法的研究.pdf

1、三維激光掃描儀是數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的關(guān)鍵設(shè)備之一。采用三維激光掃描儀能夠快速采集原型樣件的表面數(shù)據(jù)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。將掃描測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入逆向工程軟件，由點(diǎn)云構(gòu)建三維物體的CAD模型，可大幅縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，快速實(shí)現(xiàn)手工原型到數(shù)控批量生產(chǎn)，不僅降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本，而且提高生產(chǎn)效率。
　　光學(xué)測(cè)量技術(shù)具有非接觸、速度快、易于自動(dòng)化的特點(diǎn)，尤其適合于自由曲面的測(cè)量。本文在三維激光線掃描儀的基礎(chǔ)上研制基于伺服控制系統(tǒng)的激

2、光點(diǎn)掃描儀，目的是減少振動(dòng)噪聲，提高掃描測(cè)量精度，適應(yīng)精細(xì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需求，提高三維激光掃描儀在數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域的應(yīng)用水平。
　　三維激光掃描測(cè)量系統(tǒng)是光、機(jī)、電一體化的集成系統(tǒng)，包含機(jī)械平臺(tái)、運(yùn)動(dòng)控制、CCD攝像機(jī)、激光發(fā)生器、光學(xué)成像、激光點(diǎn)圖像處理、物像對(duì)應(yīng)關(guān)系標(biāo)定、點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)接口等方面。本文在三維激光點(diǎn)掃描儀的研制過(guò)程中主要完成以下工作:
　　(1)介紹了三維激光掃描儀的主要部件及參數(shù)，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)設(shè)計(jì)

3、了運(yùn)動(dòng)控制類、圖像采集類、測(cè)量機(jī)類以及數(shù)據(jù)處理類，在測(cè)量時(shí)創(chuàng)建測(cè)量機(jī)類的對(duì)象，測(cè)量結(jié)束后析構(gòu)測(cè)量機(jī)類的對(duì)象，釋放計(jì)算機(jī)資源，利于測(cè)量數(shù)據(jù)后續(xù)處理。
　　(2)依據(jù)測(cè)量景深、鏡頭焦距以及精度要求，設(shè)計(jì)了掃描儀的光學(xué)成像參數(shù)。
　　(3)依據(jù)光學(xué)三角測(cè)量原理，采用高度查找表建立物像對(duì)應(yīng)關(guān)系。
　　(4)對(duì)于采集的激光點(diǎn)圖像，在中值濾波和浮動(dòng)閾值提取激光斑點(diǎn)的基礎(chǔ)上，用鄰域灰度加權(quán)平均法計(jì)算激光點(diǎn)圖像的中心。
　　(5

4、)分析了圖像采集卡單幀采集和序列采集的過(guò)程，用回調(diào)函數(shù)結(jié)合循環(huán)序列采集的方法實(shí)現(xiàn)了圖像采集與圖像處理的并行進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明并行方式最大程度地利用了攝像機(jī)的采集速度，掃描儀采集數(shù)據(jù)的速度是串行方式的3倍。
　　(6)分析了測(cè)量盲區(qū)的形成原因，對(duì)于存在部分有效鄰域數(shù)據(jù)的漏洞，提出了一種部分邊界約束的趨勢(shì)面插補(bǔ)算法，在由漏洞邊緣向內(nèi)部逐步延伸的插補(bǔ)過(guò)程中考慮了陡峭邊緣的約束。
　　(7)在對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行光順處理時(shí)，提出了圖像邊緣