Korrektur der Brechung an der Wasseroberfläche beim triangulations-basierten 3D-Laserscannen

摘要

Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit der Korrektur der Brechung an der Wasseroberfläche beim triangulationsbasierten 3D-Laserscannen. Hierzu wurde eine Methode entwickelt, um mit einem Structured - Li g ht- (S L-) System 3D-Daten von teilweise mit Wasser bedeckten Strukturen anzufertigen und die dabei entstehende Brechung an der Wasseroberfläche zu korrigieren. Diese wurde anschließend in einem Versuchsaufbau evaluiert. Der Scanner wurde dabei an einem Manipulatorarm Kuka KR-16 befestigt, um den Scanner gleichmäßig, definiert und wiederholbar zu bewegen. Die Bewegungen des Scanners wurden dabei durch ein externes Trackingsystem erfasst. Ebenfalls wurde bei diesen Versuchen der Einfluss verschiedener Einstrahlwinkel betrachtet. Zu diesem Zweck wurde der Scanner in verschiedenen Winkeln relativ zur Wasseroberfläche positioniert. Durch die entwickelte Methode konnten Fehler durch die Brechung an der Wasseroberfläche erfolgreich korrigiert werden. Außerdem konnte die Lage der Wasseroberfläche ohne externe Markierungen aus den 3D-Daten bestimmt werden. Laser; Brechungskorrektur; Unterwasser; Structured-Light; 3D-Rekonstruktion; Laserscanner Correcting the Refraction at the Water Surface for Structured Light Based Laser Scanning In this work we look at 3D acquisition of semi-submerged structures with a triangulation based underwater laser scanning system. The motivation is that we want to simultaneously capture data above and below water to create a consistent model without any gaps. The employed structured light scanner consists of a machine vision camera and a green line laser. In order to reconstruct precise surface models of the object it is necessary to model and correct for the refraction of the laser line and camera rays at the water-air boundary. We derive a geometric model for the refraction at the air-water interface and propose a method for correcting the scans. Furthermore, we show how the water surface is directly estimated from sensor data. The approach is verified using scans captured with an industrial manipulator to achieve reproducible scanner trajectories with different incident angles. We show that the proposed method is effective for refractive correction and that it can be applied directly to the raw sensor data without requiring any external markers or targets.