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三维激光扫描岩石表面仪

作　者: 曾勇
导　师: 孙长库；全贻智
学　校: 天津大学
专　业: 仪器仪表工程
关键词: 线结构光三维扫描岩石表面仪空间平面约束
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文基于线结构光视觉测量原理研制了三维激光扫描岩石表面仪,该仪器可广泛应用于岩石表面三维数据测量、力学分形研究以及其它表面形貌三维点云数据测量等领域,具有广泛的应用前景。课题的主要研究内容有:1.根据岩石表面的特点和技术要求,设计了表面仪的总体方案,基于线结构光扫描测量原理,建立了三维激光表面仪的测量模型;2.研究了一种基于空间平面约束的线结构光视觉传感器的快速标定方法,设计了相应的标定靶标。该方法只需将一共面靶标在摄像机视场范围内任意摆放几个位置,采集一组图像,即可一次完成摄像机内部参数和光平面的标定。该方法不依赖精密位移装置,标定过程简单、快速;3.设计了三维激光岩石表面仪的系统结构。包括传感器机械结构设计、重要器件的选型等,编制开发了相应的应用软件;4.研制了一套三维激光表面仪,对标定后的系统测量精度进行了验证,并进行实际扫描测量实验,高度方向测量精度优于0.02mm。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-14
  1.1 表面3D测量技术概述  7-10
  1.2 岩石表面测量技术  10-12
  1.3 三维激光岩石表面仪的技术指标  12-13
  1.4 本课题的主要研究内容和意义  13-14
第二章三维激光表面仪结构及数学模型  14-21
  2.1 测量原理及系统结构  14-16
    2.1.1 测量原理  14-15
    2.1.2 系统结构  15-16
  2.2 数学模型  16-19
    2.2.1 光平面测量坐标系模型  17
    2.2.2 摄像机测量坐标系模型  17-19
  2.3 三维扫描测量模型  19-21
第三章三维激光表面仪参数标定  21-28
  3.1 标定方法  21-22
  3.2 摄像机内部参数标定  22-25
    3.2.1 靶标拓扑关系  22-24
    3.2.2 构建标定最优化方程  24-25
  3.3 光平面参数标定  25-26
    3.3.1 光条点三维坐标计算方法  25
    3.3.2 PCA平面拟合方法  25-26
  3.4 确定坐标系转换关系  26-28
第四章三维激光表面仪系统设计  28-36
  4.1 系统结构设计  28-30
  4.2 系统选型  30-32
    4.2.1 CCD摄像机的选型  30-31
    4.2.2 镜头的选型  31
    4.2.3 扫描系统选型  31-32
    4.2.4 线结构激光器选型  32
  4.3 机械机构设计  32-33
  4.4 应用软件设计  33-36
    4.4.1 扫描测量软件  33-34
    4.4.2 三维点云数据处理软件  34-36
第五章实验及数据处理  36-42
  5.1 实验装置  36-37
  5.2 标定实验及精度验证实验  37-41
    5.2.1 标定实验  37-40
    5.2.2 精度验证实验  40-41
  5.3 扫描测量实验  41-42
第六章全文总结及展望  42-43
  6.1 总结  42
  6.2 展望  42-43
参考文献  43-46
发表论文和科研情况说明  46-47
致谢  47

三维激光扫描岩石表面仪

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