三维激光扫描系统的自动化技术研究

摘要：在传统视觉测量系统的应用过程中，其测量精度通常会受到环境光背景噪声、表面散斑等因素的影响，标定方法的操作相对较为复杂、繁琐，而三维激光扫描系统有很大不同，笔者通过分析了三维激光扫描系统的标定自动化技术，之后研究了三维激光扫描系统的精度。

关键词：三维激光；扫描系统；自动化技术

随着图形应用领域的扩大，如何将现实世界的立体信息快速的转换为计算机可以处理的数据成了人类追求的一个目标。三维激光扫描技术是整个三维数据获取和重构技术体系中最新的技术。传统的扫面系统中有很多漏洞，这些问题的存在使得最终的测量结果受到了一定的影响。相比之下，三维激光扫描系统在标定、精度以及自动化方面的优势更加明显。

1三维激光扫描系统的标定自动化技术

1.1自动化技术的实现要求三维激光扫描系统标定自动化技术的实现要求主要包含以下两方面：第一，系统所采用的标定算法能够自动完成测量过程中涉及多有参数的计算。在对内外参数进行标定的过程中，其对所提供初始化条件的要求是，向其提供被测特征点的空间三维坐标及其图像上相对应的坐标点。1.2自动化技术的方法边缘提取：为了实现边缘提取目的，这里是基于数学形态学的轮廓提取算法进行计算。这种方法的实现过程是，结合一个共含九个点的结构元素对所得的测量图像进行腐蚀，当得到腐蚀图像之后，利用腐蚀之前的图像减掉腐蚀之后的图像，实现测量目标对象所有内部点的掏空，进而得出所有椭圆的边缘，实现对其轮廓的有效提取。这种处理方式能够有效保证标定精度[1]。筛选目标：在标定自动化技术的实现过程中，涉及到目标的筛选问题。其筛选过程的参考因素主要是不同目标的像素数目信息以及各自的位置信息等。当筛选过程结束之后，需要对后续过程所需的目标进行排序，该操作能够保证所提取的最终目标点具有左右匹配的特点，进而保证三维激光扫描系统的精度以及标定结果的准确性[2]。

2三维激光扫描系统的精度

2.1摄像头景深对三维激光扫描系统精度的影响在实际测量过程中，焦点前后的光线会分别发生聚集和扩散，在这个过程中，点的影响会逐渐模糊成一个面积较大的圆，这个圆被称为弥散圆[3]。当人眼对图像的鉴别能力超出弥散圆直径时，该弥散圆无法被肉眼辨别出来，这个弥散圆则是容许弥散圆。在焦点前后两个容许弥散圆之间的固定距离被称为景深。在应用三维激光扫描系统的过程中，当摄像机景深小于扫描物体时，实际超出景深部分的扫描对象会变得模糊，该部分特征提取过程会受到相应的影响，因此，实际成像位置的精确性也会受到相应的影响。为了保证三维激光扫描系统的精度，在实际应用过程中，应该结合具体的扫描对象选择相应的CCD以及镜头。如果扫描对象具有不确定特点，为了保证三维激光扫描系统的精度，应该将扫描对象控制在摄像机的景深范围中[4]。为了实现该目的，可以对z轴进行适当控制，使得该轴能够沿着被扫描对象进行高度轮廓运动。2.2镜头畸变对三维激光扫描系统精度的影响应用在工业领域的光学视觉测量系统中，在装调工艺以及加工等因素的作用下，会产生一定的光学畸变，当视场逐渐增加时，镜头产生的畸变也会逐渐增加。这种变化会对成像的几何位置精度产生影响。这里通过成像系统分辨率对其影响过程进行分析。如果摄像机自身的分辨率不会发生变化，为了提升图像物面的分辨率，需要对拍摄视场进行相应的缩小处理。如果摄像机自身的分辨率可以发生变化，在测量对象固定的条件下，为了实现图像物面分辨率提升目的，应该对摄像机分辨率进行适当地提升。在实际应用过程中，图像中心偏差、校正不合理等因素都可能引发镜头畸变，对此，为了保证三维激光扫描系统的精度，应该对其进行有效校正。就深度信息方面而言，其校正对象应该集中在摄像机的基线、左右两个不同摄像机之间存在的视差以及镜头固有焦距等方面[5]。

3结束语

综上所述，在三维激光扫描系统的实际应用过程中，其标定自动化技术主要是通过跟踪算法实现的，分割阈值、自动滤波等步骤的进行能够有效保证标定自动化的实现。除此之外，三维激光扫描系统的精度主要受到镜头畸变、图像中心偏差以及摄像头景深这三种因素的影响。为了保证精度，需要对这些影响因素进行有效控制。

作者:肖闯 杨双禄 王雅红 单位:沈阳理工大学

参考文献：

[1]唐欢歌.三维激光扫描系统的标定自动化技术及精度分析[J].南方农机，2016，47(10)：104.

[2]刘佳.三维激光全景扫描系统误差分析及相机标定[D].北京：首都师范大学，2009.

[3]高志国.地面三维激光扫描数据处理及建模研究[D].西安：长安大学，2010.

[4]王建文，杜春梅.三维激光扫描系统的关键性技术研究[J].计算机工程与设计，2010(5)；1089-1092.

[5].一种快速三维型面激光扫描系统的开发及研究[D].大连：大连海事大学，2008.