自由移动式三维扫描测量系统设计

摘要

为实现对大尺寸被测物体的扫描测量，本文将结构光传感器和双目传感器有机地结合，设计了一种自由移动式三维扫描测量系统。该系统能够通过标记点定位实现对被测物体无导轨、便携式扫描测量，进而获取物体表面完整的三维信息。本文完成的主要任务包括：
　　设计了测量系统的整体方案，根据方案完成了系统的整体机械结构设计，并对相机、激光器和其它辅助器件的型号进行了合适地选取，同时设计了系统测量的软件算法。
　　根据视觉成像原理研究了一种基于双线投影的双目测量模型，实现对标记点空间三维坐标的测量，在双目测量模型的基础上研究了一种基于线面约束的结构光测量模型，实现被测物表面三维信息的获取。借助于精密平移台，完成了双目测量模型中映射参数的标定和结构光测量模型中光平面方程的获取，同时实现两者坐标系的统一。
　　研究了一种扫描测量中传感器的全局定位新方法。将基于双线投影的双目测量方法应用到标记点的立体匹配中，同时完成标记点传感器坐标的测量。根据标记点相对位置关系的空间几何不变性以及向量夹角之间的关系，实现标记点传感器坐标和世界坐标的全局匹配。
　　在实验室环境下分别进行了标定实验、双目精度验证实验、扫描测量精度验证实验、被测物扫描测量实验。对本文提出的自由移动式三维扫描测量系统的测量精度和功能进行了全面综合的评价，实验表明系统具有较高的测量精度，并且能够实现对大尺寸被测物的扫描测量。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究的内容

第2章 自由移动式三维扫描测量系统设计

2.1 三维扫描测量系统方案

2.2 器件选型与结构设计

2.3 系统软件设计

2.4本章小结

第3章 系统测量模型

3.1 基于小孔成像的系统测量模型

3.2 基于成像光线追踪的测量模型

3.3 本章小结

第4章 自由移动式三维扫描测量系统标定

4.1 标定模型的介绍

4.2 靶标选择

4.3 标定过程

4.4 靶标特征点获取

4.5 光平面方程求取

4.6 本章小结

第5章 传感器系统的全局定位

5.1 双目标记点的立体匹配

5.2 标记点传感器坐标与全局坐标的匹配

5.3 本章小结

第6章 实验及数据分析

6.1 标定实验

6.2 双目精度验证实验

6.3 扫描测量精度验证实验

6.4 被测物扫描实验

6.5 本章小结

第7章 总结和展望

7.1 总结

7.2 项目展望

参考文献

发表论文和参与科研情况说明

致谢