论文题目: 三维激光测量技术及应用研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 光学工程
作者: 黎明
导师: 冯华君,徐之海
关键词: 三角测量法,结构光图像,条纹提取,灰度方程,全网格投影,图像识别
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 在计算机技术高度发展的今天，三维立体的几何造型技术已被制造业广泛应用于工模具的设计、方案评审，自动化加工制造及管理维护等各方面。很多情况下需要采用各种测量手段及三维几何建模方法，快速准确地将原有实物转化为计算机上的三维数字模型。 激光三角法测量原理是目前光学测量应用最广泛的方法之一。其原理是首先光源发生器发出结构光光源(一般为激光点光源或激光线光源)到被测工件的待测表面，通过光学系统成像到线阵CCD或面阵CCD上位置，由几何三角关系，从像点在CCD上的位置即可计算得到工件的高度尺寸。再通过测量系统的测量运动(即扫描运动)就能将工件的全部外形尺寸得到。 本文首先对一些基本的图像处理技术进行了概述，包括一些课题后面要用到的常用的图像处理手段例如模板识别，边缘检测等，并通过MATLAB对图像进行处理分析，提出利用图像识别技术以提高条纹识别率，以及如何标定标准板的方法。其次，在激光条纹极值的法的基础上提出了向两边进行域值边界搜索的新方法，其抗干扰性比较强，而且速度极快，同时又提出了一种基于光强信息的修正方法，并在实验中加以验证。在坐标逆求的过程中，提出了全网格线性投影法，并通过比较为后面的实验选择比较好的方法。随后建立了实验系统，包括其中的机构设计，电路驱动设计以及相关的图像获取软件设计等，并利用该系统对提出的新理论新方法进行实验验证，误差分析，并对一些物体进行了实际的扫描探测。最后对激光扫描技术进行了展望，提出以后还要继续进行的工作。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
目录
第一章 激光三维扫描重构技术概述
1．1 三维重构技术概述
1．2 激光三角法简介
1．2．1 一般系统结构简介
1．2．2 硬件系统选择以及连接、软件开发
1．2．3 扫描方式介绍
1．2．4 现有系统不足之处
1．3 本文的主要任务
1．3．1 课题的理论研究
1．3．2 硬件的搭建和软件的编制
1．4 课题的意义
第二章 数字图像处理及MATLAB应用
2．1 数字图像处理的定义
2．2 图像的采集、格式
2．2．1 图像处理系统硬件结构
2．2．2 图像的大小、分辨率和测量精度有关
2．3 典型的图形处理方法
2．3．1 阈值分割、形心计算
2．3．2 图像的模板匹配
2．3．3 边缘检测、直线检测
2．4 MATLAB图像识别
2．4．1 MATLAB概述
2．4．2 MATLAB在本课题的使用意义
2．5 特殊形状的图像识别方法介绍
2．5．1 圆形的识别
2．5．2 条纹的识别
第三章 激光三维测量法理论研究
3．1 条纹提取
3．1．1 中心线法
3．1．2 极值法以及阈值法
3．1．3 对两边搜索的极值法
3．2 基于光强信息的条纹取修正方法
3．2．1 灰度方程
3．2．2 对轮廓点进行面法向计算
3．2．3 利用光强进行修正
3．3 投影计算
3．3．1 图形旋转
3．3．2 投影原理分析
3．3．3 全网格线性投影法
第四章 软硬件的设计和搭建
4．1 结构简介
4．1．1 步进电机简介
4．1．2 达零顿管和主控MCU
4．2 电机控制部分
4．3 软件控制部分
4．3．1 PC层主机控制软件
4．3．2 MCU端程序控制
4．3．3 通讯协议
4．3．4 图像获取软件
第五章 实验结果和误差分析
5．1 系统设计预想参数
5．2 标定板标定
5．3 单条纹的提取和投影计算
5．3．1 宽度方向高度测量的准确度
5．3．2 长度方向高度测量精度分析
5．4 利用光强信息修正条纹缺失的探讨性实验
5．5 其他物体的扫描实验结果
5．6 系统的误差分析
5．6．1 系统模型
5．6．2 量化误差
5．6．3 标定误差
5．6．4 安装误差
5．6．5 光平面误差
第六章 总结与展望
6．1 已完成的工作
6．1．1 激光三维测量的理论研究
6．1．2 激光三维测量软硬件系统的建立
6．1．3 MATLAB图像识别新方法的探索
6．1．4 通过实验得到结果并验证提出的新方法
6．2 本文的特点及创新点
6．3 今后还要深入的工作
6．3．1 光强信息条纹修正法的实际应用
6．3．2 机械结构的改进
6．3．3 MATLAB图像识别更深入的研究
6．3．4 多摄像头系统的研究
6．4 展望技术的发展方向
参考文献
硕士期间发表文章
致谢
发布时间: 2005-04-15
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