手持式三维激光扫描系统自定位与匹配技术研究

摘要

三维扫描技术与传统的平面扫描和摄像技术不同，三维扫描的扫描对象不再是图纸、照片等平面图案，而是立体的实物。越来越多的非接触式测量在工业测量、人脸识别、动画制作中有了广泛的应用。为了满足日益增长的测量要求，手持扫描仪以携带方便、性能稳定的特点逐渐被人们所熟知。本文首先介绍了三种传统的标定算法，如DLT标定法、RAC标定法、张正友标定法，并详细介绍了本文所采用的张正友标定法对摄像机进行标定，并利用最大似然估计迭代法对摄像机的畸变参数进行了估计。随后研究了基于十字激光线的立体匹配算法。在此期间，首先介绍了射影几何中的几种常见表达方式;然后在匹配前期，先对采集的图像进行细化处理，然后通过8点算法对基本矩阵进行估计。根据极线约束与顺序一致性约束，求出右图像上对应左图像的匹配点。根据三角测量原理，由左右两幅图像上的匹配点，求出被测点的三维坐标;求出十字激光线上的点之后，根据曲面微分的性质，对提取后的十字激光线邻域内的点进行提取，提高了三维重建效率。随后研究了自定位中的匹配三角形算法，并与穷举法，Delaunay四面体法进行了比较，证明了其高效稳定性。通过对这两个技术的研究，基本完成了三维测量的整个过程，在精度提升和匹配速度方面需要做进一步研究。

目录

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 概述

1．2 项目的目的和意义

1．3 国内外研究现状

1．4 发展前景与展望

1．5 本文主要研究工作

1．6 本章小结

2 摄像机标定

2．1 传统的摄像机标定方法

2．1．1 DLT标定法

2．1．2 RAC标定法

2．1．3 张正友标定法

2．2 张正友标定法

2．2．1 摄像机标定的数学模型

2．2．2 内参矩阵的约束

2．2．3 求解摄像机标定参数

2．2．4 最大似然估计

2．2．5 参数优化

2．2．6 摄像机透镜的畸变参数的求解

2．3 本章小节

3 三维表面重构

3．1 用到的数学表达方法

3．1．1 直线几何表达式

3．1．2 点和向量

3．1．3 直线和射线的参数表达式

3．1．4 平面的参数表达式

3．1．5 平面的隐式表达式

3．1．6 直线的隐式表达式

3．1．7 线和平面相交

3．1．8 直线与直线相交

3．2 十字激光线的二值化

3．3 十字激光线的细化

3．4 双目立体匹配中匹配点的求解

3．4．1 两视图几何

3．4．2 基本矩阵的估计

3．4．3 双目立体匹配点的配对

3．5 空间点的三维坐标计算

3．6 相交曲线邻域内的点提取

3．7 实验分析

3．8 本章小节

4 自定位技术研究

4．1 目前状况

4．2 匹配参考点的三角形算法

4．3 实验结果

4．4 本章小结

5 总结

5．1 论文总结

5．2 工作展望

参考文献

作者简历

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