自由曲面三维激光测量系统设计与开发

论文摘要

近年来,随着计算机在各个领域应用的不断扩大以及虚拟现实等技术的快速发展,三维数据建模可以广泛地应用于工业、国防、影视制作、游戏娱乐、文物保护、虚拟现实和可视化等诸多领域。快速、准确、高效的获取自由曲面密集点三维数据是各种应用的首要问题。本文研究和分析了三维激光扫描仪的基本原理,结合北京市学术创新团队计划“三维信息获取与应用处理技术”和国家自然科学基金“城市三维空间信息一体化建模与表达关键技术研究”等科研项目,设计开发了一套自由曲面三维激光扫描仪,论文的主要贡献如下:1、基于单点激光头的自由曲面三维激光测量系统。2、解决了激光头与平移装置同步控制、系统数据采集与软件同步接收等关键技术。3、对扫描结果进行分析,校正并提高了仪器精度。4、开发了配套的数据处理软件,实现了多站点配准,可以得到被测物的完整表面模型。经实验证明,本实验室自主开发的自由曲面测量系统快速有效,可用于自由曲面高精度原型数据采集。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1 研究课题的背景与意义
• 1.1 逆向工程的意义
• 1.2 三维激光扫描仪的基本原理
• 1.3 激光扫描仪的分类
• 1.4 激光扫描仪的应用
• 1.5 激光扫描仪的目前进展
• 1.6 国际市场上常见的三维数字化设备
• 第二章 自由曲面三维激光扫描测量系统的分析与设计
• 2 系统结构总述
• 2.1 系统样机
• 2.2 自由曲面三维激光扫描测量系统原理
• 2.3 系统硬件组成
• 2.4 数据存储设计与实现
• 2.4.1 存储方案设计
• 2.4.2 数据库方式实现点云存储
• 2.4.3 MYSQL数据库概述
• 2.4.4 工程管理文件
• 2.4.5 数据库操作类的实现
• 2.5 总结
• 第三章 误差分析与校正
• 3.1 误差现象与分析
• 3.2 误差产生原因分析
• 3.3 误差校正
• 3.4 结语
• 第四章 系统控制软件设计与开发
• 4.1 配套软件设计概述
• 4.2 功能需求分析和结构设计
• 4.3 数据流分析和功能模块的划分
• 4.4 系统中类层次的设计
• 4.4.1 MFC类库简介
• 4.4.2 系统软件关键部分的设计与实现
• 4.5 用多种可视化算法进行点云处理
• 4.6 点云简化算法的设计与实现
• 4.6.1 概述
• 4.6.2 非均匀八叉树细分重采样方法
• 4.6.3 数据结构
• 4.6.4 重采样流程
• 4.6.7 实验结果
• 4.6.8 实验结论
• 4.7 多视点三维数据拼接
• 4.7.1 VTK概述
• 4.7.2 VTK的应用方法
• 4.7.3 多视点深度图像的配准
• 4.7.4 多视点配准功能设计与实现
• 4.8 实验与结论
• 第五章 实验结果
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文所做工作小结
• 6.2 进一步的研究和改进方向
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢