激光掃描雕刻系統(tǒng)集成與數(shù)據(jù)處理.pdf

1、三維激光掃描儀能夠快速測(cè)量產(chǎn)品原型，方便快捷地建立三維物體的CAD模型，在數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域，如汽車制造、運(yùn)動(dòng)器材、家具、工藝品、文物古董復(fù)制、三維動(dòng)畫、醫(yī)學(xué)修復(fù)、人體測(cè)量等領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用。三維激光掃描過程中，由于受到機(jī)械平臺(tái)、面陣CCD、激光發(fā)生器、電信號(hào)干擾和被測(cè)物體表面特征等硬件因素的影響，及光學(xué)幾何成像參數(shù)、光帶中心提取、物像對(duì)應(yīng)關(guān)系標(biāo)定等軟件算法的影響，測(cè)量數(shù)據(jù)存在誤差，制約了三維激光掃描測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，需要對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)

2、進(jìn)行誤差分析和補(bǔ)償。
　　 國內(nèi)外有關(guān)激光掃描測(cè)量的文獻(xiàn)很多，其中研究測(cè)量原理、測(cè)頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、多視拼合、逆向重構(gòu)方面的文獻(xiàn)占絕大多數(shù)，專門研究測(cè)量精度、分析測(cè)量誤差的文獻(xiàn)不多。本文針對(duì)家具、工藝品、古箏古琴等傳統(tǒng)行業(yè)數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的需求，研究三維激光掃描儀與雕刻機(jī)的軟件和硬件的系統(tǒng)集成，解決了三維掃描數(shù)據(jù)點(diǎn)生成雕刻灰度圖過程中的問題，分析了影響三維激光掃描測(cè)量精度的各種因素，重點(diǎn)對(duì)其中的光平面投影模型、光平面反射模型和左右CC

3、D互補(bǔ)匹配的誤差進(jìn)行了分析和研究。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　 ⑴將課題組自主研制的激光掃描儀和企業(yè)已有的多個(gè)品牌數(shù)控雕刻機(jī)進(jìn)行集成，解決了集成系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)一致性問題。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了雕刻用灰度圖生成算法，針對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)中的漏洞，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行XY兩個(gè)方向上的進(jìn)行插補(bǔ)，解決了雕刻用灰度圖的數(shù)據(jù)空缺問題；
　　 ⑵分析光學(xué)投影和光學(xué)反射過程中影響三維激光線掃描測(cè)量精度的因素。針對(duì)光平面位置誤差的情況，首先建立光平面投影模型，分析

4、光平面兩種位置誤差對(duì)測(cè)量精度的影響，在測(cè)量系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光平面投影圖像的偏差反饋，通過調(diào)整光平面位置，達(dá)到提高測(cè)量精度的目的；
　　 ⑶針對(duì)光能中心與光學(xué)幾何中心偏差引起測(cè)量誤差的情況，分析被測(cè)物體表面法矢對(duì)圖像中心提取的影響，通過正交試驗(yàn)法獲得物面法矢與測(cè)量誤差之間的關(guān)系，利用所得的誤差補(bǔ)償關(guān)系式，對(duì)實(shí)際測(cè)量結(jié)果給出合理的誤差補(bǔ)償。分析了激光掃描測(cè)量過程中左右CCD不互補(bǔ)造成的誤差現(xiàn)象及成因，提出了一種基于鄰域分析的光滑處理算法，