三维激光全景扫描系统误差分析及相机标定

论文摘要

三维激光扫描技术能够快速精确地获取周围场景的三维几何信息,是近几年迅速发展起来的新型空间信息采集技术。与传统测量手段相比较该技术能够快速的获取反映客观事物实时动态变化的信息,具有精确高效、安全稳定、方便灵活等众多优势。三维激光扫描系统能在几分钟内对所感兴趣的区域建立详尽准确的三维立体模型并提供准确的定量分析。针对三维激光扫描系统在国内有巨大的应用市场,而国外商业三维激光扫描产品十分昂贵的现状,课题组在国家自然科学基金“城市三维空间信息一体化建模与表达关键技术研究”的资助下自主研制了一种360。连续扫描的便携式三维激光全景扫描系统(MStar 8000),作用距离80m,精度6mm,扫描速度达到8000点/秒,视场范围水平方向为360。,竖直方向为330。。论文主要工作就是进一步完善三维激光全景扫描系统(MStar 8000),特别在以下三方面贡献突出:(1)通过大量实验,分析了三维激光全景扫描系统误差来源,提出了减少误差的措施。(2)实现了三维激光全景扫描系统外置相机标定,为激光与可见光数据自动融合打下基础。(3)利用Delaunay三角剖分方法对激光三维数据建模处理做了初步探讨。利用Delaunay三角剖分方法建模,模型空洞较少,细节突出。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景及意义
• 1.3 国内外研究现状分析
• 1.4 三维激光扫描系统的应用
• 1.5 论文主要工作及内容
• 第二章 三维激光全景扫描系统误差分析
• 2.1 便携式三维激光全景扫描系统的测量原理
• 2.2 便携式三维激光全景扫描系统主要技术参数与特点
• 2.3 系统误差因素分析
• 2.3.1 物体表面材质反射率对测距的影响
• 2.3.2 混合像素影响
• 2.3.3 环境中全反射物质对激光测距系统的影响
• 2.3.4 测试实验
• 2.4 本章小结
• 第三章 外置相机标定
• 3.1 摄像机标定原理
• 3.2 传统的摄像机定标方法
• 3.2.1 线性变换法
• 3.2.2 非线性优化法
• 3.2.3 两步法
• 3.3 本文标定实验
• 3.3.1 IPL 和OpenCV 简介
• 3.3.2 内参数标定方法
• 3.3.3 外参数标定方法
• 3.3.4 验证标定结果
• 3.4 本章总结
• 第四章 基于Delaunay的三维激光数据三角化方法
• 4.1 数据预处理
• 4.1.1 系统误差噪声
• 4.1.2 点云数据空洞
• 4.1.3 非兴趣区数据噪声
• 4.2 点云数据的三维模型重建
• 4.2.1 Delaunay三角剖分定义
• 4.2.2 Delaunay三角剖分的方法
• 4.2.3 Delaunay三角剖分的实现
• 4.3 模型精简
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文主要工作及研究成果
• 5.2 下一步研究工作展望
• 参考文献
• 致谢