大景深便携式三维激光扫描仪及其在机器人视觉中的应用研究

发布时间：2020-09-01 08:28

　　在众多的三维面形测量方法中，激光三角测量法作为一种非接触式测量方法，有着光学结构简单、速度快、可在线测量、成本低、稳定性好等优点，目前已经在三维面形测量、快速成型、逆向工程上得到了广泛的应用。近年来，随着光学和微电子技术的发展，便携式集成三维扫描系统得到了快速发展，它可以方便地从多角度多方位获取物体的三维信息，已经在太空探测和机器人视觉方面得到了较好的应用。但是当激光视觉测量系统应用于一些尺寸较大、面形较复杂的物体的三维检测时，由于扫描系统景深的限制，测量精度常常不高，必须进行多路径编辑，并对每一次扫描的数据进行叠加，这将增加激光扫描的时间以及增大三维重建时的复杂程度，降低工作效率，因此增大扫描系统的景深对于提高测量精度、降低三维重建时拼接过程的复杂度，以及提高效率等有着重要的意义。本文中，我们基于Scheimpflug条件对CCD平面进行偏转，成功地将激光扫描系统的景深由30mm扩大到100mm以上；通过建立CCD偏转后的摄像机模型，推导了CCD偏转后的物像关系方程，对扩大景深后的激光扫描系统进行了标定；同时针对景深扩大后带来的测量精度显著降低的问题提出了一种将系统全景深范围进行分段校准的新方法，使用标定得出的摄像机参数进行三维测量时的精度可以达到0.06mm。在以上研究工作的基础上，成功开发出了一种景深范围大、测量精度高的便携式三维激光扫描系统。为将所开发的大景深便携式三维激光扫描仪用于机器人视觉，我们提出了一种将一个已知半径的标准球作为工具的机器人“手-眼”标定的新方法，完成了机器人的“手-眼”标定实验和三维重建实验，实验证明机器人能够与所开发的便携式三维激光扫描仪一起很好的完成高精度、高稳定性的三维扫描任务，其三维重建误差小于0.2mm。
【学位单位】：四川大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2006
【中图分类】：TP334.22;TP242
【部分图文】：

扫描系统

接收器件为16rnrn的镜头和通过USB接口和电脑相连的128镜头光轴与激光平面的夹角为25度。相邻标定孔的距离为原点位于标定块处于电动位移台零刻度时左上角第一个标沿标定孔的横方向，y坐标沿标定孔的列方向。所以我们可世界坐标系中的坐标x(。，ywn，:wn)。/////、、、、、、、口口口口口口口口mDUetr图3.6三维扫描系统的结构示意图

照片,景深,单位,世界坐标

四川大学硕士学位论文偏转了CCD平面，使其和镜头平面有一个夹角。图3.8中第一行和第二行分别为系统一和系统二中的标定平面在不同世界坐标z时的照片。从图中，我们清楚的看到第一种系统的景深小于40nlrn，而第二个系统的景深可以达100mm，即采用ShceimPulg条件后系统的景深是CCD平行于透镜平面时系统景深的3倍左右。Z==3z=53图3.8两种系统景深的比较(单位:，)Z=1033.5.3CCO偏转后的标定过程我们采集了5幅图片，通过对图像的二值化和找重心点的处理(图3.9)，我们可以探测到所有标定孔重心在图像中的坐标，实验中我们得到了70个标定点的世界坐标x(wn

重心,像素,世界坐标,坐标

.3CCO偏转后的标定过程我们采集了5幅图片，通过对图像的二值化和找重心点的处理(图3.9)，我们可以探测到所有标定孔重心在图像中的坐标，实验中我们得到了70个标定点的世界坐标x(wn，y。，z，)和与之相对应的图像坐标(X。，Yn)。将x(。，ywn

【引证文献】