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激光扫描三维形貌测量系统的优化研究

作　者: 庞晓红
导　师: 邾继贵
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 激光三维扫描测量系统优化数据处理三维重构
分类号: TP274.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

近年来,逆向工程迅速发展,带动了相关很多领域的发展,非接触式激光扫描测量技术也随之产生发展起来。尤其,激光扫描三维形貌测量系统具有测量速度快、测量效率高、易于自动化和柔性好等优点,在现代工业需求中受到了越来越高的重视,是三维形貌测量技术研究发展的新趋势。在充分了解国内外激光扫描测量技术发展现状的情况下,对正在研究的激光扫描三维形貌测量系统的特性进行分析,提出了更高的要求,研究出一套硬件和软件整体性能都比较良好的测量系统,大大提高了测量系统的稳定性和测量的效率。论文研究的主要内容如下:1、对测量系统硬件部分进行了详细的分析和研究,并对硬件中扫描测头、机械传动结构、控制电路及控制程序等几部分进行了优化设计,使系统测量效率得到有效地提高。其中,测头部分将激光器的数目增加为7个,重新设计了测头结构;扫描传动部分采用电机控制芯片代替电机驱动接插件,同时使用齿轮传动结构,提高了测量数据的有效性;重新设计了激光器控制电路和电机驱动电路,并通过控制程序的优化增强了主机和下位机的通信。2、通过扫描得到被测表面的数据点云,对这些数据点云进行分析和研究,针对数据中存在的问题,对数据进行一定得处理如显示、去噪、精简采样等,得到更接近真实值的测量结果,同时为后续的三维重构打下良好的基础。3、使用优化后的系统对被测物进行扫描实验,实验表明优化设计达到了预期的设想,扫描的效率得到明显提高,测量数据真实可靠,经过处理后更加有利于后期三维重构。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-16
  1.1 引言  8
  1.2 光学扫描三维测量技术  8-12
    1.2.1 基于机器视觉的三维形貌测量方法  9-10
    1.2.2 三维形貌测量技术的应用现状  10-12
  1.3 本文所研究的三维形貌测量系统  12-14
    1.3.1 系统组成  12-13
    1.3.2 系统中需要优化的问题  13-14
  1.4 课题目标及本文工作  14-16
    1.4.1 课题目标  14
    1.4.2 本文主要工作  14-16
第二章系统硬件的研究及优化  16-33
  2.1 激光投射装置部分  17-20
    2.1.1 激光投射装置结构  17-18
    2.1.2 激光器控制电路  18-20
  2.2 扫描传动部分优化  20-25
    2.2.1 扫描传动结构  21-23
    2.2.2 电机驱动控制电路  23-25
  2.3 背景照明及激光标记点的设计  25-27
    2.3.1 背景照明  25-27
    2.3.2 激光标记点  27
  2.4 总体控制  27-32
    2.4.1 主控电路  27-30
    2.4.2 主控程序  30-32
  2.5 本章小结  32-33
第三章扫描图像及数据处理软件优化研究  33-48
  3.1 扫描图像处理  33-39
    3.1.1 图像的预处理  33-36
    3.1.2 特征点提取  36-39
  3.2 数据的处理  39-44
    3.2.1 本文中待处理的数据的特征  40-41
    3.2.2 数据处理的关键算法  41-44
  3.3 三维重构的探索性研究  44-47
    3.3.1 NURBS曲线与曲面的定义  44-45
    3.3.2 NURBS曲面的反求  45-47
  3.4 本章小结  47-48
第四章实验及数据分析  48-52
  4.1 轿车前车覆盖件测量实验  48-49
    4.1.1 实验准备  48-49
    4.1.2 实验过程  49
  4.2 数据处理  49-51
  4.3 实验总结  51-52
第五章总结和展望  52-54
  5.1 全文总结  52-53
  5.2 工作展望  53-54
参考文献  54-57
发表论文和参加科研情况说明  57-58
致谢  58

激光扫描三维形貌测量系统的优化研究

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