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基于线扫描的物体表面重构,由于采用激光非接触测量方式,引起了人们的广泛兴趣并已经应用在许多领域。然而由于诸多因素的限制,国内对物体表面重构的学术研究和实际应用都与国外有所差距,面对国外高昂的仪器设备,使得在国民经济建设的众多领域难以进行推广,为此,研究使用半导体激光器配合一个摄像头的低廉方式在保证重构精度的范围内是有一定意义的。
在测量系统中,使用线激光作为光源来产生扇面光束。当扇面光束与物体相交时,就会看到一条明亮的条纹。通过从某一角度观察这条亮条纹,所观测到的线条纹上的扭曲部分就可以通过模型计算转化为距离的变化。用这种方法连续地扫描物体表面就可以得到物体的三维信息。
本文从理论和实验上分别研究了基于线扫描物体表面重构中的定标和重构环节。在定标环节中,将其细分为角点提取和平面标定,在重构环节中,将其细分成条纹细化和表面重构。
为了实现相机的标定,采用平面标定法通过观察黑白标定板,计算出相机的内、外参数,而标定板上有用的信息是角点,为了精确地提取角点,首先使用像素级角点提取算法,然后使用亚像素级角点提取算法,实验表明,提取出来的亚像素级角点比像素级角点更接近真实角点的位置。接着,利用这些角点,在相机成像模型的基础上,使用平面标定法对相机进行标定,得到相机的内参数包括实际焦距和扭曲系数以及外参数包括相机的位置和方向。
在对相机进行标定之后,得到的内、外参数是重构环节所必须的。为了实现重构,首先需要对激光条纹进行细化,得到宽度为一个像素的条纹,然后通过坐标还原变换得到物体的三维点云从而实现重构。在这一环节中,为了避免直接测量带来的误差,设计了一种间接测量方法,通过计算就可以得到环境中的长度和角度。