高速三维数据扫描机系统设计与研究

摘要

随着现代检测技术的日新月异，三维测量技术逐步成为现代测量领域的研究重点，特别是随着图像处理技术、激光技术以及计算机技术等高新技术的发展，使得光学式三维测量技术得到广泛的应用。三维数据扫描机是光学式三维测量技术的一个典型应用。传统的三维数据扫描机大部分是采用点扫描的方式进行测量，扫描的速度相当慢，工作效率非常低。
　　针对传统的三维数据扫描机测量速度慢的问题，本课题提出了一种采用线扫描测量方式的三维数据扫描系统，在一定程度上提高了测量速度，改善了工作效率。在该系统中，添加了用FPGA加DSP的前期高速三维数据处理模块，使得数据采集的速度大大提升。而在传统的三维数据测量系统中的，采集到的原始数据需要后期经过相关算法在软件中处理后才能变成真正的三维数据。因此，该系统能够很好的改善三维数据扫描机工作效率低的问题。
　　在该系统的设计中，本文所论述的工作内容主要有:
　　(1)光学系统整体结构的设计。在这部分中，主要在光学系统理论的基础上，根据普通光学系统应满足的光路条件而设计出符合要求的光学系统结构，以及为整个系统设计一个良好的工作环境。
　　(2)系统工作和后期数据处理的软件设计。根据三维数据扫描系统的测量流程，本文所设计的软件可以分为两个模块:系统工作控制模块和后期数据处理模块。在系统工作模块中，提出了一种分层的软件设计思想，由系统的整体特性决定了该软件可以分为四个层次:MFC框架层、系统测量控制层、数据保存层、数据后期处理层。根据以上层次，并借助了MFC、OpenCV等工具设计出能够满足系统测量要求的系统工作控制模块。然后，在后期数据处理模块中，根据数据的采集情况，设计出合理的数据处理功能模块，包括多视场数据的拼接、去噪点等数据处理算法的实现。
　　在本文最后给出了本系统所测量的结果图片，并且给出了测量所需要的时间。很有力的表明了本课题所设计的系统可以正常的工作，并且得到了良好的测量结果。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究意义

1．2 三维测量方法国内外研究现状

1．2．1 接触式测量法与非接触式测量法

1．2．2 主动式测量法与被动式测量法

1．3 本文研究内容以及论文架构

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．3．3 论文结构

1．4 本章小结

第二章 高速三维数据扫描系统原理概述

2．1 三维数据扫描原理

2．1．1 直射式测量法和斜射式测量法

2．1．2 激光三角测量原理的Scheimpflug条件验证

2．1．3 直射式测量法和斜射式测量法的优缺点

2．2 本章小结

第三章 三维数据扫描系统硬件介绍

3．1 数据采集相机

3．1．1 数据采集相机结构介绍

3．1．2 数据采集相机工作原理

3．2 线结构光源

3．3 电机运动控制平台

3．4 三维数据扫描机系统模型

3．5 本章小结

第四章 三维数据扫描机系统软件设计

4．1 软件设计环境及工具介绍

4．1．1 软件设计的操作系统

4．1．2 软件设计的环境和工具

4．2 软件系统设计

4．2．1 软件的分层设计思想

4．2．2 测量流程的软件设计

4．3 本章小结

第五章 系统运行结果及分析

5．1 系统测量结果

5．2 结果分析

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢