浅谈三维激光扫描丈量仪器的基本原理

时间: 2026-06-01 16:00:00 |   作者: 天博官方app首页入口

产品详情

  

  三维激光扫描丈量是一种既运用图画又运用可控光源的测距技能。其基本思想是运用照明光源中的几许信息协助提取景象中的几许信息。运用光平面照耀在物体外表发生光条纹，在拍照的图画中检测出这些条纹，它们的形状和间断性，构成了物体各可见外表与相机之间的相对测度。结构光从光源的几许形状上说有点状、条状、网状等许多种。能够运用激光或白光。这种办法的杰出长处是能够大大削减核算的复杂性，扫描速度快，量测精度高，因而在许多三维扫描体系中得到使用。这一技能十分适合于室内环境，物体外表反射状况相对来说比较好的场合。

  如图1所示，线光源发生狭隘的激光平面（宽度小于0.4mm），投射于被扫描物体外表，构成一条光条纹，摄像机光轴与激光投射面L成一个视点a。这样，摄像机拍照的光条纹图画不是一条直线，其形状就反映了物体外表的形状，在一幅图画中能够算出一切坐落激光照耀线上的点的深度和高度。当物体以固定的角速度ω旋转一周，激光投射面L扫过物体外表，其上一切点的深度和高度信息都能够算出，假如用柱坐标系，取h轴与物体旋转轴重合，那么物体外表上每一点的极角坐标能够从ω算出。

  核算机视觉体系是从摄像机获取的图画动身，核算三维环境物体的方位、形状等几许信息，并由此重建和辨认环境中的物体。图画上每一点的亮度反映了空间物体外表某点反射光的强度，而该点在图画上的方位则与空间物体外表相应点的几许方位有关。这些方位的相互联系，由摄像机成像几许模型所决议。该几许模型的参数称为摄像机参数，这些参数必须由试验与核算来确认，试验与核算的进程称为摄像机定标。摄像机模型是光学成像几许联系的简化。这一节叙述最简略的模型—线性模型或称针孔模型（pin-hole mode1）。

  摄像机收集的数字图画在核算机内为MN数组，M行N列的图画中的每一个元素（称为象素，pixel）的数值便是图画点的亮度（或称灰度）。若为五颜六色图画，则图画上像素的亮度将由红、绿、蓝三种色彩的亮度表明。如图1所示，在图画上界说直角坐标系u、v，每一象素的坐标别离是该象素在数组中的列数与行数。所以，是以像素为单位的图画坐标系的坐标。因为只表明象素坐落数组中的列数与行数，并没有用物理单位表明出该象素在图画中的方位，因而需求再树立以物理单位（例如毫米）表明的图画坐标系。该坐标系以图画内某一点为原点，x轴与y轴别离与u、v轴平行，如下图所示。

  如不特别阐明，咱们都以（U，V）表明以象素为单位的图画坐标系的坐标，（x，y）表明以毫米为单位的图画坐标系的坐标。在x、y坐标系中，原点界说在摄像机光轴与图画平面的交点，该点一般坐落图画中心处，但实际上因为工艺制作的原因，会有些违背，若在u、v坐标系中的坐标为（U0，V0），每一个象素在x轴与y轴方向上的物理尺度为Sx，Sy，则图画中恣意一个象素在两个坐标系下的坐标有如下联系：

  摄像机成像几许联系如图2所示，其间O点称为摄像机光心，Xc轴和Yc轴与图画的x轴与y轴平行，Zc轴为摄像机的光轴，它与图画平面笔直。光轴与图画平面的交点，即为图画坐标系的原点，由点O与Xc、Yc、Zc轴组成的直角坐标系称为摄像机坐标系O/O1为摄像机焦距。

  咱们在环境中还挑选一个基准坐标系来描绘摄像机的方位，并用它描绘环境中任何物体的方位，该坐标系称为国际坐标系，由Xw、Yw、Zw轴组成。摄像机坐标系与国际坐标系之间的联系能够用旋转矩阵R与平移向量t来描绘。因而，空间中某一点P在国际坐标系与摄像机坐标系下的齐次坐标假如别离是（Xw，Yw，Zw 1)T与（Xt，Yt，Zt 1)T，所以存在如下联系：

  其间，R为3×3正交单位矩阵，t为三维平移向量，0=（0，0，0，)T M2为4×4矩阵。