Vivid-910三維激光掃描儀-技術(shù)綜述01課件

Vivid910三維激光掃描儀------技術(shù)綜述01Vivid910簡(jiǎn)介美能達(dá)公司生產(chǎn)的VIVID910高精度三維激光掃描儀采用激光三角法測(cè)量原理，重量llkg，掃描距離在0.5m-2.5m之間。精度可達(dá)+、-0.O08mm，準(zhǔn)確度可達(dá)零點(diǎn)幾個(gè)毫米。

這種掃描儀有三種鏡頭可使用，這三種鏡頭主要針對(duì)不同的測(cè)距和掃描范圍而設(shè)計(jì)。(1)遠(yuǎn)焦鏡頭，焦距為25mm;最長(zhǎng)測(cè)距可達(dá)2.5m左右，掃描范圍小。(2)中焦鏡頭，焦距為14mm;通常掃描都采用這種鏡頭。(3)廣角鏡頭，焦距為8mm;掃描范圍大。（1）數(shù)據(jù)獲取為了建立準(zhǔn)確的三維模型，我們需要獲取原始的物體表面數(shù)據(jù)。采集物體表面數(shù)據(jù)的方法通常有三座標(biāo)測(cè)量，工業(yè)CT等斷層掃描，層析三維數(shù)字畫(huà)測(cè)量，三維激光掃描等。由掃描儀得到的點(diǎn)通常比較密集，我們把它稱(chēng)之為點(diǎn)云(PointCloud)。（2）點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)被掃描的物體通常比較復(fù)雜，而一次掃描只能得到被測(cè)物的一個(gè)面的三維數(shù)據(jù)，要得到整個(gè)物體的表面模型，必須從不同的視點(diǎn)(也就是不同的位置和方向)采集物體的三維模型，把得到的數(shù)據(jù)合并起來(lái)，得到物體完整的表面模型。把不同視點(diǎn)采集的深度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到同一個(gè)坐標(biāo)系下，這就是數(shù)據(jù)配準(zhǔn)過(guò)程。最簡(jiǎn)單而有效的數(shù)據(jù)配準(zhǔn)方法，是在采集數(shù)據(jù)的時(shí)候放置一些標(biāo)志物，通過(guò)標(biāo)志物來(lái)確定不同視點(diǎn)之間的相對(duì)位置關(guān)系。但是這個(gè)方法受到的限制很多，在實(shí)際中常常難以使用。通常的方法還是使用手工選擇對(duì)應(yīng)點(diǎn)的方式，再使用各種算法，如迭代最近點(diǎn)算法(ICP算法），Hough變換平面提取等來(lái)進(jìn)行配準(zhǔn)。（3）數(shù)據(jù)的融合與建網(wǎng)當(dāng)兩片掃描得到的深度數(shù)據(jù)配準(zhǔn)到同一坐標(biāo)系后，其重合的部分必然會(huì)有兩層數(shù)據(jù)，這就帶來(lái)了數(shù)據(jù)的冗余和不一致。于是，就需要將這兩片數(shù)據(jù)融合成一片。另外，由激光掃描得到的深度數(shù)據(jù)一般都是離散的三維點(diǎn)(我們稱(chēng)為點(diǎn)云)，它們不能真實(shí)準(zhǔn)確的表示實(shí)際物體和場(chǎng)景的表面。利用點(diǎn)云構(gòu)建三角網(wǎng)格則是一種常用有效的方法。建網(wǎng)后的模型可以很好的逼近實(shí)物或場(chǎng)景的表面。目前散落數(shù)據(jù)點(diǎn)集的三角劃分方法主要有二維和三維兩種。二維劃分比較常見(jiàn)，將空間數(shù)據(jù)點(diǎn)向二維平面投影后進(jìn)行，當(dāng)處理空間單項(xiàng)投影有重疊的多值曲面的散落數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)需要進(jìn)行分片向合適的平面投影，分別進(jìn)行三角劃分。對(duì)平面上點(diǎn)的三角剖分常用Delaunay（德勞內(nèi)）三角化方法，其中又有最小內(nèi)角最大準(zhǔn)則、圓準(zhǔn)則、PLC準(zhǔn)則等一些優(yōu)化準(zhǔn)則。在得到網(wǎng)格模型之后，網(wǎng)格上一般還有很多問(wèn)題，如需要對(duì)因數(shù)據(jù)采集設(shè)備的限制以及數(shù)據(jù)配準(zhǔn)和建網(wǎng)時(shí)帶來(lái)的誤差積累帶來(lái)的噪聲進(jìn)行降噪處理。另外由于模型自遮擋或者數(shù)據(jù)采集環(huán)境的限制，模型的有些部分可能會(huì)缺失，這就是模型上的空洞，通常要對(duì)有些空洞進(jìn)行補(bǔ)洞操作。基于三維成像儀的三維建模的一般流程。軟件Polyworks8.0主要模塊IMAlign（匹配）；IMInspect（檢測(cè)）；IMMerge（合并）；IMEdit（編輯）；IMCompress（壓縮）；IMTexture（紋理）；IMView（視圖）；OutPut（輸出）；Utilities（公用）；Languages（語(yǔ)言）；Demos（演示）。IMMerge模塊功能是將拼接完成的三維掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算生成高分辨率的多邊形模型。該模塊的操作界面為一對(duì)話窗口樣式，在該窗口對(duì)模型生成參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，所有參量設(shè)置完成并點(diǎn)擊開(kāi)始按鈕，模塊軟件將對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行合并操作，將點(diǎn)生成面單元，合并過(guò)程的信息數(shù)據(jù)將在模塊Output模塊窗口中顯示。其中模型計(jì)算的參數(shù)直接影響模型生成的時(shí)間，這些參數(shù)主要用來(lái)調(diào)整生成的多邊形面片的平整度、多邊形邊長(zhǎng)、采樣步長(zhǎng)等。Output模塊主要功能是顯示Polyworks軟件的兩類(lèi)信息:一是所有模塊突然終止的錯(cuò)誤信息;一是由模塊IMMerge、IMCompress和IMTexture計(jì)算引起的，參量及計(jì)算進(jìn)程等信息。IMCompress模塊其用戶(hù)界面與IMMerge模塊近似，功能是優(yōu)化生成的面片模型中點(diǎn)的數(shù)量，優(yōu)化結(jié)果由參數(shù)控制。將合成后的或者編輯完的模型數(shù)據(jù)內(nèi)的三角面片進(jìn)行自動(dòng)壓縮。壓縮方法按百分比或絕對(duì)值。所謂三角面片的壓縮是指在保證形狀不變形的前提下，盡量刪除過(guò)多的三角面片。IMTexture模塊是用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)模型進(jìn)行紋理貼圖功能。IMView模塊的功能是查看三維模型數(shù)據(jù)。Utilities模塊用于調(diào)用各模塊的軟件使用說(shuō)明書(shū)，同時(shí)也是安裝軟件狗密碼的入口。Languages模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn)Polyworks軟件的語(yǔ)言及字體的管理，模塊內(nèi)置包括英語(yǔ)、德語(yǔ)、日語(yǔ)、中文簡(jiǎn)體、中文繁體等5種語(yǔ)言模式，默認(rèn)為英語(yǔ)。Demos模塊為軟件試用版啟動(dòng)窗口，其中提供試用的軟件模塊包括IMAlign、IMMeompress、IMEdit，這些軟件無(wú)需安裝軟件狗即可啟動(dòng)操作，但數(shù)據(jù)結(jié)果不能保存。IMAlign模塊主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)各站掃描獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼接。對(duì)于激光掃描獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)都是以掃描儀位置為零點(diǎn)的局部坐標(biāo)系，亦即每次經(jīng)掃描而得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系是獨(dú)立和不相關(guān)聯(lián)的。但實(shí)際上每幅點(diǎn)云陣數(shù)據(jù)都是掃描場(chǎng)景的一部分，那么就有必要將這些點(diǎn)云數(shù)陣據(jù)轉(zhuǎn)化到同一坐標(biāo)系里，IMAlign模塊就可以實(shí)現(xiàn)這一目的。在此模塊中，點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼接方法有自動(dòng)拼接和手動(dòng)拼接等，拼接流程見(jiàn)圖2-20。IMInspect模塊主要功能是對(duì)拼接好的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、完成各項(xiàng)量測(cè)工作及剖面線的生成等。具體功能主要包括有:點(diǎn)云數(shù)據(jù)的大地坐