文档介绍：两北丁业大学硕卜论文二维激光扫描仪测拎技术及回波信号处理方法的研究
西北丁业人学硕论文二维激光扫描仪测控技术及回波信号处理方法的研究
第一章绪论
夸三维激光扫描技术概述
自从上个世纪各种平面扫描仪诞生以来,人类对于获取物体表面图像信息的
要求越来越高,传统的二维图形信息获取技术已经远远不能满足人们的需要。如
何运用更加先进的技术手段获取实物的三维数字化信息,从而利用计算机进行处
理,成为一个迫切需要解决的问题。在这种情形下,三维激光扫描技术应运而生,
在工业生产、机械加工、影视娱乐、国防、医学等应用领域有着广泛的应用。例
如航空航天领域中的航空发动机的测绘、虚拟发射的实现工业界中逆向设计
中的应用影视特技制作中的三维动画特技处理生成物体与场景三维全景模型
的虚拟现实技术以及最近成为热门话题的“数字地球”的建造等等一些工程中都
广泛地需要运用到三维激光扫描技术。
三维激光扫描技术又称“实景复制技术”,它是一种主动式的三维信息获取技
术。通过使用照明光源通常用激光在三维物体的表面上投影出几何状的结构
光,在计算机的控制下,同步地获取这些结构光的图像。根据光源的信息及对应
像的信息可以求出被测物体表面上的空间信息。三维激光扫描技术可以深入到任
何及其恶劣的现场环境及空间中进行扫描操作,并直接将各种大型的、复杂的、
不规则、标准或非标准的实体或实景的三维数据完整地采集到电脑中,进而快速
重构出目标的三维模型以及线、面、体、空间等各种制图数据。同时,它也是一
种逆向工程工具,所采集的三维激光数据可以进行各种后处理工作,并且所有采
集的三维数据及三维建模数据都可以通过标准接口格式转换给各种正向工程软件
直接使用。
三维激光扫描技术不同于单纯的测绘技术,它主要面向高精度逆向三维建模
和重构。传统测绘技术主要是单点精确测量,但是在对物体进行建模工作的时候
就显得远远不够,因为描述目标结构的完整属性需要大量的测绘点采集,少则几
万个,多则几百万以上,这样才能把目标的数据信息完整地存储于电脑中,所以,
必须采用现代高精度传感技术作为辅助来解决这个问题,三维激光扫描技术就是
这类全自动高精度立体扫描的技术。
三维激光扫描技术同时也是非接触式测量的一种,相比于接触式测量,其主
要有‘以下优点
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北下业人学硕卜论文三维激光扫描仪测控技术及回波信号处理方法的究
对三维曲面的测量,由于传统接触触发式探头是感应元件,测量到的点是
探头的球心位置,故欲求得物体真实外形则需要对探头半径进行补偿,因
而可能会导致修正误差的问题。而非接触式测量由于激光的光点位置就是
工件表面的位置,因而不必做探头半径补偿
测量速度非常快,曲面数据获取容易,不必像接触触发探头那样逐点进出
测量
软工件、薄工件、不可接触的高精密工件可直接测量
无接触力,不会伤害精密表面。
三维激光扫描技术在各种领域的应用非常广泛,它是正向工程的对称应用,
许多人形容它为逆向建模技术。逆向建模技术可以将设计、生产、实验、使用等
过程中的变化内容重构回来,然后进行各种结构特性分析、检测、模拟、仿真、
虚拟现实、柔性制造、虚拟制造、虚拟装配等,这对于有限元分析、工程力学分
析、流体动力分析等软件来说是非常重要的,对于精度适合的工作还可以进行后
处理测绘、计量等。
三维激光扫描技术最重要的意义在于,它能够快速方便地将真实世界中实体
的立体彩色信息转换为计算机能直接处理的数字信号,为实物的数字信息化提供
了一种手段,实现了从模拟量到数字量的转换,为信息数字化发展提供了必要的
“生存”条件。
互国内外的研究现状
由于三维激光扫描技术在物体表面的重构方面有着重要的应用作用,早在上
世纪年代末西方发达国家就开始投入大量资金进行这方面的研究,并且提出了
许多新的测量原理和方法。目前,欧洲以及美国的高科技公司对三维扫描仪的研
究已经形成了一定规模的新兴产业,其产品在精度、速度、易操作性等方面达到
了很高的水平。随着扫描范围的不断扩大,扫描仪的本身尺寸越来越小,精度变
得更为精确,价格却呈现逐步下降的趋势。
在这些对三维扫描技术进行研究的机构中,法国公司的三维激光扫描
技术有着其独特的创新,它真正做到了直接从实物中进行快速的逆向三维数据采
集及模型重构,也就是说,完成了从三维到三维的全景三维实测数据重构。在扫
描的过程中无须对扫描对象做任何实物表面处理,并且扫描的景深很长,避免了
光学变形因素带来的误差。其每一个三维数据都是直接采集的目标真实数据,从
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