三维激光扫描仪实验基本简介

华子xhfd · 发表于 2016-10-21 14:20:44

1、实验内容：
三维扫描就是测量有形物体表面的三维坐标数据，而每一个数据（点）
都带有相应的X、Y、Z 坐标数值，这些数据（点）集合起来形成的点云，
就能构成物体表面的特征。
本实验通过一个线性激光器在一被测物体表面投射出激光，并且采用摄像头采集光点的位置，
计算该三维物体的点云数据。
从而将被测物体的表面特征显现出来。(山东华能三维扫描仪)
2、实验原理：
在本实验中，采用基于三角测量原理的三维激光扫描法来进行三维扫描。
使用激光作为主动光源投射到被测物体表面，并且采用摄像机在另一位置探
测被测物体表面上激光光点的位置。在该扫描系统中，摄像机、激光器和光
点形成一个三角形。其中，摄像机和激光器的相对位置是已知的，激光的发
射角度也是已知的。摄像机的角度可以通过探测视场中激光光点的位置来确
定。这三种数据可以完全确定一个三角形的形状和大小，从而可以根据这个
三角形来确定激光光点的三维位置。
通过将被测物体进行旋转，可以得到表面上每一点的三维位置。
其中，旋转的角度可以通过光电编码器或者通过设定标志点用视觉的方法来得到。
通过采用线状激光光源代替点状的激光光源，可以加速扫描的过程。
3、硬件结构： (华能3d扫描仪)
带有刻度的三维转台：需要保证可以旋转到任意角度。
被扫描的三维物体：尺寸大小需要合适。
一字线激光器：发射线状激光，在三维物体上形成一条亮线。
摄像机：拍摄三维物体，得出激光线的位置。
计算机：进行图像处理及三维坐标的计算。
4、使用到的软件：
编程环境：Microsoft Visual Studio 2005。

此外，将计算得出的点的坐标显示部分用到了XNA。

5、实验步骤：
1、首先，将转台和三维物体固定在某一平面上。
2、将一字线激光器固定好，使其能够在三维物体上形成合适的亮线。
3、运用标定板进行摄像机的标定工作，得出进行运算所需的摄像机内
部参数。
4、将摄像机固定在合适的位置，然后再拍摄一幅图像，得出此时的摄
像机的外部参数。
5、将待测的三维物体放于转台上面，进行拍摄，每隔1°拍摄一次，共
拍摄360 次，将这360 张图像存入计算机中，以便进行后期的处理。
6、设定一个360 次的大循环，确保每次循环能够按照顺序读入一副图
像。后面的工作都是在这个大循环的内部。
7、将每幅图像进行二值化处理，确保二值化后的结果能够将激光线的
位置滤取出来。这步需要用到opencv 中的一些函数。
8、对得到的激光线从上向下依次取点，并且计算出每个点的图像位置
坐标，然后按照以上公式带入计算，得到该点与它的真实世界坐标的连线或者是该连线上任意一点
9、将激光平面表示出来后，计算上步中得到的直线与该平面的交点，
该点即为图像上的激光点对应的真实世界坐标。
10、由于该点的计算，是通过将三维物体上该点旋转到激光平面上得出
的，所以在这一步骤中，需要将该点绕旋转轴线旋转回原来对应的
位置。
11、将所有点的三维坐标写入txt 文档中，以便用XNA 进行绘制。
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