三维激光扫描仪数据采集系统研制

论文摘要

本文借鉴国内外激光扫描系统的研究经验,对三维激光扫描仪硬件和软件实现的关键技术进行了深入地研究和探讨。并对软件设计的模块进行了详细的介绍。本论文研究主要集中在以下几个方面:(1)首先对现有的三维信息获取方法进行了归纳和分类,分析了这些方法的优点和缺陷,指出了当前该领域亟待解决的问题及研究的热点。(2)三维激光扫描扫描仪的总体设计方案包括硬件设计方案,软件设计方法,在硬件设计方法中重点介绍了精密数据采集系统地研制方案。(3)三维激光扫描仪数据采集系统的实现方案。介绍了距离数据的获取原理方法。在总结前人工作的基础上,从系统的角度,对三维信息获取系统的误差来源、成因以及误差传递进行了详细地分析。编码器对角度数据的测量获取,距离数据和角度数据的融合、同步匹配。(4)扫描仪和计算机的数据通信中通讯协议的研究,三维扫描数据通讯的方法和软件设计实现,计算机数据的通信方式介绍。通过针对不同对象的大量扫描实验,验证了系统的正确性和有效性。提出了开发实时三维扫描系统、多方位扫描系统等后续系统的设想和技术思路。总结了本论文研究的主要结论、提出了需要解决的问题、对后续研究工作进行了探讨。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 三维激光扫描仪的研究现状
• 1.2.1 国外的研究介绍
• 1.2.2 国内研究简介
• 1.3 三维激光扫描仪的应用
• 1.4 课题来源及论文研究内容
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 论文研究主要内容
• 2 激光三维扫描仪数据采集原理
• 2.1 激光扫描仪分类
• 2.1.1 获取三维信息的方法
• 2.1.2 激光扫描系统分类
• 2.2 三维激光扫描系统的数据获取基本原理
• 2.3 激光扫描方式
• 2.4 激光扫描仪的测量原理和坐标变换
• 2.4.1 激光扫描仪测量原理
• 2.4.2 坐标变换
• 2.5 激光测距原理
• 2.5.1 激光脉冲测距
• 2.5.2 测距流程
• 2.6 测角原理
• 2.7 计数器的原理
• 2.8 三维激光扫描仪的系统参数
• 2.9 小结
• 3 三维激光扫描仪设计方案
• 3.1 三维激光扫描仪硬件设计
• 3.2 三维激光扫描仪数据采集硬件系统
• 3.2.1 伺服控制硬件系统的设计
• 3.2.2 角度分辨率的实现
• 3.3 伺服电机
• 3.4 激光扫描系统控制的基本原理
• 3.5 细分电路的实现
• 3.6 MCU 的结构原理
• 3.7 关于位置精度的几点讨论
• 3.7.1 步距角的不均匀性及改进
• 3.7.2 回差
• 3.7.3 步进电机的抖动问题
• 3.8 小结
• 4 三维激光扫描仪数据采集软件设计
• 4.1 需求分析
• 4.1.1 软件功能需求分析
• 4.1.2 软件用户需求分析
• 4.2 三维激光扫描仪软件总体设计
• 4.2.1 软件的运行平台和开发工具
• 4.2.2 软件的模块化设计
• 4.2.3 软件的系统框架设计
• 4.3 三维激光扫描仪软件设计的关键技术与主要模块
• 4.4 本章小结
• 5 三维数据采集的信息融合
• 5.1 数据采集的流程
• 5.2 原始测量数据的采集
• 5.3 计算机接口程序的设计
• 5.3.1 串口通信
• 5.3.2 并口通信程序
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录