快速中距离三维扫描仪设计和实现的研究

论文摘要

随着科学技术的发展,尤其是计算机电子科学,激光测量科学的发展,人们对现实世界新的测量和信息获取手段要求的提高,数字地球和数字城市等一系列概念的相继提出,一种新型的功能强大的测量手段——三维激光扫描应运而生。三维激光扫描系统是采用激光测距技术,由精密伺服系统驱动激光光束快速的扫描过目标区域,来获取扫描路径上的一系列连续测量点的距离数据,最终得到目标三维坐标的扫描测量系统。其核心及关键技术除激光测距和伺服系统测量角度外,还有对测距和测角之间进行同步控制的扫描控制技术。本文主要完成了适用于中距离快速测量的三维激光扫描系统的设计和实现,主要研究了三维激光扫描系统的组件选择、扫描伺服、数据通信、系统控制、精度控制和软件设计几个方面,以可实现的三维激光数据扫描为研究目标,通过实验证明了本文中相关理论和方法的可行性。系统硬件方面采用二维激光雷达装置在水平旋转的精密电控旋转台上,以旋转台驱动激光雷达,让激光光束扫描过目标区域对点测距。利用系统控制软件进行精密的时钟同步,测得激光的发射角度,之后还原成目标区域的三维坐标。系统软件上除了对系统的控制外,还设计了实时测量数据显示和数据处理的模块。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 本文主要内容
• 2 三维激光扫描系统的基本原理
• 2.1 三维激光扫描系统的基本原理
• 2.1.1 三维激光扫描系统的系统构成
• 2.1.2 三维激光扫描系统的测量原理
• 2.1.3 三维激光扫描系统的扫描方式
• 2.1.4 三维激光扫描系统的工作原理
• 2.2 三维激光扫描系统的主要分类
• 2.2.1 三维激光扫描系统平台设置
• 2.2.2 三维激光扫描系统扫描方式
• 2.2.3 三维激光扫描系统场景范围
• 2.2.4 三维激光扫描系统测距方式
• 2.3 小结
• 3 三维激光扫描系统的设计方案
• 3.1 三维激光扫描系统的硬件设计方案
• 3.1.1 三维激光扫描系统硬件特点和设计原则
• 3.1.2 三维激光扫描系统硬件参数的设计
• 3.1.3 三维激光扫描系统系统的硬件构成
• 3.1.4 三维激光扫描系统硬件模块设计与选取
• 3.2 三维激光扫描系统控制采集软件设计方案
• 3.2.1 三维激光扫描系统的软件组成
• 3.2.2 三维激光扫描系统的软件设计
• 3.3 小结
• 4 三维激光扫描系统的实现
• 4.1 系统初步实现配置
• 4.1.1 系统硬件实现
• 4.1.2 坐标解算与误差分析
• 4.1.3 初步扫描结果
• 4.2 系统改进
• 4.2.1 旋转台初始加速运动补偿
• 4.2.2 伪彩色三维显示
• 4.3 小结
• 5 系统实验与分析
• 5.1 系统误差实验
• 5.2 系统应用实验
• 5.2.1 室外场景扫描
• 5.2.2 室外场景局部
• 5.2.3 室外场景扫描及建模
• 5.3 小结
• 6 总结与展望
• 参考文献
• 致谢