基于线激光的三维测量系统研究与应用

发布时间：2017-07-19 07:25

  本文关键词：基于线激光的三维测量系统研究与应用

  更多相关文章： 激光扫描 模型重建 坐标转换 中心提取 避障

【摘要】：随着科学技术的发展与生产工艺的不断进步,三维激光扫描测量技术在各行各业中得到了广泛的应用,如应用在机械零部件的3D扫描与模型重建、焊接自动化中焊缝的检测、机器人的定位导航与地图重建以及障碍物检测与规避安防等方面。三维激光扫描测量技术作为一种非接触式光学测量方法,具有效率高、速度快、准确性高以及非接触的特性,正逐步成为当前三维测量领域的一个重要研究分支。为了克服传统激光扫描测量系统体积大、价格高的缺陷,本文搭建了一套由pcDuino8硬件板卡、单片机、线激光发射器、液晶显示屏、步进电机和摄像头组成的低成本线激光扫描测量系统,完成了整个系统的硬件设计和软件编写。基于Qt Creator平台,利用OpenCV完成了对线激光条纹的图像处理和各点的坐标转换,采用OpenGL实现对被测物点云的重建。针对线激光条纹中心提取的问题,分析了常用的激光条纹中心检测算法,提出了基于阈值迭代的极值法和加权灰度重心法相结合的提取算法,取得了理想的提取效果。接着用线激光扫描系统对多个物体进行了扫描实验,物体表面均被很好地复原,验证了整个扫描系统算法的准确性,并从多个方面分析了系统测量误差的原因。将线激光扫描测量系统作为一种三维测距传感器,应用到室内移动机器人三维立体避障中,为了进一步提升测量系统的效率,对线激光图像处理算法进行了改进。并基于障碍物表面激光条纹信息的避障方法,在室内环境下进行了移动机器人避障实验,实验结果验证了该方案的可行性。
【关键词】：激光扫描 模型重建 坐标转换 中心提取 避障
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41;TN249
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 研究背景和意义8
• 1.2 国内外研究现状8-12
• 1.2.1 三维测量技术研究现状8-10
• 1.2.2 基于激光扫描的三维测量技术研究现状10-12
• 1.3 课题研究内容12-13
• 1.4 本章小结13-14
• 第二章 系统总体结构及其原理分析14-21
• 2.1 系统总体结构14-15
• 2.1.1 测量系统组成14
• 2.1.2 测量系统工作流程14-15
• 2.2 系统原理分析15-20
• 2.2.1 三角测量原理15-16
• 2.2.2 系统坐标转换16-19
• 2.2.3 摄像头成像模型19-20
• 2.3 本章小结20-21
• 第三章 线激光测量系统软硬件设计21-48
• 3.1 系统硬件设计21-26
• 3.1.1 电源模块设计21
• 3.1.2 线激光驱动电路设计21-22
• 3.1.3 步进电机驱动电路设计22-23
• 3.1.4 下位机控制电路设计23-24
• 3.1.5 摄像头选择24-25
• 3.1.6 液晶显示屏选择25
• 3.1.7 上位机硬件选择25-26
• 3.2 系统软件设计26-47
• 3.2.1 系统软件总体结构26
• 3.2.2 上位机软件平台搭建26-27
• 3.2.3 线激光条纹图像处理27-36
• 3.2.4 物体三维显示36-38
• 3.2.5 主控制器程序设计38-42
• 3.2.6 摄像头校正42-45
• 3.2.7 三角测量法参数标定45-47
• 3.3 本章小结47-48
• 第四章 测量实验及误差分析48-54
• 4.1 测量系统的配置48
• 4.2 扫描实验48-50
• 4.3 测量系统误差分析50-53
• 4.3.1 距离误差50-52
• 4.3.2 被测物表面长宽误差52
• 4.3.3 误差分析52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第五章 基于线激光测量系统的应用54-62
• 5.1 移动机器人常用避障方法54
• 5.2 避障系统搭建54-55
• 5.3 测量系统图像处理算法改进55-57
• 5.3.1 图像滤波55
• 5.3.2 图像分割55-56
• 5.3.3 激光条纹中心提取56-57
• 5.4 基于线激光扫描的避障方法57-59
• 5.4.1 规避障碍物方法57-58
• 5.4.2 单通道避障方法58-59
• 5.4.3 多通道避障方法59
• 5.5 避障实验59-61
• 5.6 本章小结61-62
• 第六章 总结与展望62-64
• 6.1 总结62
• 6.2 展望62-64
• 参考文献64-68

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