三維旋轉(zhuǎn)激光掃描測量系統(tǒng)的設(shè)計

摘要：為了實現(xiàn)三維激光掃描儀的旋轉(zhuǎn)掃描測量問題，用于實現(xiàn)形狀復(fù)雜的三維柱形物體的數(shù)字化測量，在普通三維激光掃描儀的基礎(chǔ)上，增加了一個可以自動旋轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺，從而實現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)測量的目的。通過在轉(zhuǎn)臺上安裝標(biāo)定球的方法來實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺中心軸線的精確標(biāo)定，獲得了新的轉(zhuǎn)臺中心軸線的標(biāo)定方法和后期的拼合和處理方案。
關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)掃描；轉(zhuǎn)臺標(biāo)定；多視拼合；激光掃描儀

0 引言
自然對象和大部分的人造對象都具有復(fù)雜的三維形狀，如何在計算機(jī)中建立三維對象的計算機(jī)模型就是三維形狀的數(shù)字化問題，該項研究源于20世紀(jì)六七十年代。三維形狀復(fù)雜多變、形狀繁多，而且其外觀、材質(zhì)、顏色、用途等各不相同，這就使得三維形狀數(shù)字化的問題非常復(fù)雜，至今，該項技術(shù)尚未成熟，仍是數(shù)字化技術(shù)研究的難點。目前，三維形狀數(shù)字化技術(shù)種類很多，包括機(jī)械、聲學(xué)、光學(xué)、電磁等類型，其中運(yùn)用得最廣泛、效果最好的是光學(xué)測量技術(shù)。光學(xué)測量是光電技術(shù)、機(jī)械測量、計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，可以實現(xiàn)快速，準(zhǔn)確的測量。該項技術(shù)具有速度快、精度高、非接觸、易于自動化的特點，主要適用于自由曲面的測量。目前，光學(xué)測量技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，其中最典型的應(yīng)用是三維激光掃描儀。

1 三維激光掃描儀的工作原理
三維激光掃描儀是基于激光掃描測量的原理而設(shè)計的，主要作用是對三維形狀進(jìn)行數(shù)字化，基本工作原理是：線激光器發(fā)出的光平面掃描物體表面，面陣CCD采集被測物面上激光掃描線的漫反射圖像，在計算機(jī)中對激光掃描線圖像進(jìn)行處理，依據(jù)空間物點與CCD面陣像素的對應(yīng)關(guān)系計算物體的景深信息，得到物體表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，快速建立原型樣件的三維模型，如圖1所示。

2 三維旋轉(zhuǎn)激光掃描測量系統(tǒng)
目前，普通的三維激光掃描儀存在的主要問題是難以實現(xiàn)復(fù)雜三維圖像的掃描數(shù)字化問題，如圓柱形狀的石雕、木雕等。如圖2所示。

如果設(shè)計出能夠旋轉(zhuǎn)掃描測量的系統(tǒng)，則可以有效地解決數(shù)字化設(shè)計與制造之間的銜接。這樣的系統(tǒng)，企業(yè)投入少，見效快，而且能夠?qū)⒓す鈷呙铚y頭安裝在數(shù)控雕刻機(jī)上，設(shè)計出能夠旋轉(zhuǎn)掃描測量的系統(tǒng)，可以有效地解決數(shù)字化設(shè)計與制造之間的銜接，充分利用現(xiàn)有數(shù)控設(shè)備，節(jié)省硬件成本。
為了解決復(fù)雜物體的數(shù)字化問題，同時降低企業(yè)的投入成本，我的設(shè)計方案是，在普通三維激光掃描儀的基礎(chǔ)上，開發(fā)出能夠?qū)崿F(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)掃描測量系統(tǒng)，改進(jìn)已有平面浮雕掃描軟件，使之適用于改進(jìn)后的系統(tǒng)。