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低成本三维激光扫描仪系统关键技术研究

作　者: 付培
导　师: 吴晓军
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 低成本激光扫描仪三维重建相机标定光条中心提取
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在计算机中对现实世界中的客观景物进行三维重建一直都是计算机视觉的研究热点之一。三维激光扫描仪可以快速获得扫描对象表面每个采样点的三维坐标的集合,它的兴起极大的促进了三维重建的发展和应用。目前传统的三维激光扫描仪过高的价格极大地限制了其应用和普及。本文介绍并分析了一种低成本的激光扫描仪的扫描原理,提出研制这种激光扫描仪系统需要解决两大关键技术问题:摄像机的标定和图像中激光光条中心的提取,同时给出了相应的解决算法与结果分析,并实现了这种低成本的三维激光扫描仪系统。通过实验进一步说明本文提出的算法可以取得良好的效果,并与国外同类型的低成本三维激光扫描仪DAVID软件进行对比,得到的结果相近,但本文的结果完整性较佳,而且对于环境要求较低,不要求在黑暗环境中扫描,可直接在室内正常的光照环境下进行扫描,可进行彩色扫描。扫描仪系统的硬件组成部分是:线激光发射器、摄像头、两块平面板。整个系统总的成本很低廉,而且方便组装使用。软件处理部分采用Visual C++与OpenCV开源函数库来编写。本激光扫描仪系统主要适用于室内环境。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-14
  1.1 引言  8
  1.2 课题背景  8-10
  1.3 国内外研究现状  10-12
  1.4 本文主要研究内容  12-14
第2章三维激光扫描仪的基本原理  14-20
  2.1 三维激光扫描仪系统构成  14-15
  2.2 三维激光扫描仪的原理  15-17
    2.2.1 脉冲测距法  15-16
    2.2.2 干涉测距法  16
    2.2.3 结构光法  16-17
  2.3 本系统的三维扫描原理  17-19
  2.4 本章小结  19-20
第3章摄像机的标定  20-35
  3.1 相机模型  20-25
    3.1.1 图像坐标系、摄像机坐标系与世界坐标系  20-22
    3.1.2 线性模型  22-24
    3.1.3 非线性模型  24-25
  3.2 常用的传统摄像机标定方法  25-27
    3.2.1 直接线性标定方法  26
    3.2.2 Tsai 的两步法  26
    3.2.3 张氏标定算法  26-27
  3.3 本文提出的标定系统  27-32
    3.3.1 角点坐标检测  29
    3.3.2 计算摄像机内外参数  29-32
    3.3.3 计算畸变系数  32
  3.4 标定结果分析  32-33
  3.5 本章小结  33-35
第4章图像中激光光条中心的提取  35-49
  4.1 激光光条图像的性质  35-39
    4.1.1 激光发射器的原理与组成  35-36
    4.1.2 高斯光束  36
    4.1.3 影响光条图像质量的因素  36-39
  4.2 常用的激光光条中心提取方法  39-43
    4.2.1 图像细化法  40
    4.2.2 基于极值法的重心法  40-41
    4.2.3 曲线拟合法  41-42
    4.2.4 Hessian 矩阵法  42-43
  4.3 本系统采用的光条中心提取算法  43-46
  4.4 光条中心提取的结果分析  46-47
  4.5 本章小结  47-49
第5章实验结果与分析  49-56
  5.1 实验结果  49-53
  5.2 误差分析  53-55
  5.3 本章小结  55-56
总结与展望  56-57
参考文献  57-62
致谢  62

低成本三维激光扫描仪系统关键技术研究

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