激光差频扫描三维立体测量技术

摘要

三维激光测量技术的出现和发展为空间三维信息的获取提供了全新的技术手段,为信息数字化发展提供了必要的生存条件。由于激光具有单色性、方向性、相干性和高亮度等特性,故将其引入测量装置中,在精度、速度、易操作性等方面均表现出强劲的优势,所以它的出现引发了代测量技术的一场新革命。激光测量技术也逐步由点对点的激光测距装置发展到采用非接触主动测量方式快速获取物体表面大量采样点三维空间坐标的三维激光扫描测量技术。随着三维激光扫描测量装置在精度、速度、易操作性、轻便、抗干扰能力等性能方面的提升及价格方面的逐步下降扫描对象不断扩大,应用领域不断扩展,逐步成为快速获取空间实体三维模型的主要方式之一。三维激光扫描测量技术克服了传统测量技术的局限性,采用非接触主动测量方式直接获取高精度三维数据,能够对任意物体进行扫描,且没有白天和黑夜的限制,快速将现实世界的信息转换成计算机可以处理的数据。它具有扫描速度快、实时性强、精度高、主动性强、全数字特征等特点,可以极大地降低成本,节约时间,而且使用方便,其输出格式可直接与CAD、三维动画等工具软件接口。本文设计了一基于激光差频扫描的三维立体测量系统,其在空气实验下可以很好的完成测量任务,水中实验也可验证可以达到实验目标,未来激光差频扫描三维立体测量技术将在水下探测方面拥有无限的发展空间。
　　文章首先介绍了光学三维立体测量技术,先就光学三维立体测量技术的基本原理做了介绍,然后对三维激光扫描技术特别是水下激光扫描技术做一探讨,最后给出激光扫描技术在水下探测方面的一些应用。接着介绍了激光及激光器的原理概述与应用,主要为讲解了激光的特点、激光器的分类与应用。在上述基础上提出了激光差频扫描立体测量技术,文章中段详细介绍了它的原理技术,并提出了一种实时显示深度信息的人机交互课操作界面。最后,进行了基于激光差频扫描的三维立体测量系统及精度的分析,并用详细的实验数据验证了本技术的可行性。同时,进行了激光差频扫描三维立体测量技术在水下环境中的应用实验,验证了其在水下探测方面的可行性,并展示了其在水下探测方向的巨大应用空间。

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0 前言

1光学三维立体测量技术与应用

1.1 接触式测量

1.2非接触式测量

1.3 三维激光扫描

1.4 三维激光扫描技术的应用

1.5 小结

2 激光及激光器的原理概述与应用

2.1激光的定义

2.2 激光的产生

2.3 激光的特点

2.4 激光器原理概述及应用

3 激光差频扫描三维立体测量图像显示原理

3.1激光差频扫描三维立体测量图像信息高速获取技术

3.2实时显示深度信息的人机交互界面方法

4 基于激光差频扫描的三维立体测量系统及精度分析

4.1 系统技术指标

4.2 系统的组成

4.3 系统的测量精度分析

5激光差频扫描三维立体测量技术在水下环境中的应用试验

5.1实验环境

5.2 测试水池透明度与景深

5.3 实验内容

5.4 观测结果

5.5 结论

6 总结与未来展望

参考文献