三維激光掃描系統的自動化技術研究

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摘要：在傳統視覺測量系統的應用過程中，其測量精度通常會受到環境光背景噪聲、表面散斑等因素的影響，標定方法的操作相對較為復雜、繁瑣，而三維激光掃描系統有很大不同，筆者通過分析了三維激光掃描系統的標定自動化技術，之后研究了三維激光掃描系統的精度。

關鍵詞：三維激光；掃描系統；自動化技術

隨著圖形應用領域的擴大，如何將現實世界的立體信息快速的轉換為計算機可以處理的數據成了人類追求的一個目標。三維激光掃描技術是整個三維數據獲取和重構技術體系中最新的技術。傳統的掃面系統中有很多漏洞，這些問題的存在使得最終的測量結果受到了一定的影響。相比之下，三維激光掃描系統在標定、精度以及自動化方面的優勢更加明顯。

1三維激光掃描系統的標定自動化技術

1.1自動化技術的實現要求三維激光掃描系統標定自動化技術的實現要求主要包含以下兩方面：第一，系統所采用的標定算法能夠自動完成測量過程中涉及多有參數的計算。在對內外參數進行標定的過程中，其對所提供初始化條件的要求是，向其提供被測特征點的空間三維坐標及其圖像上相對應的坐標點。1.2自動化技術的方法邊緣提取：為了實現邊緣提取目的，這里是基于數學形態學的輪廓提取算法進行計算。這種方法的實現過程是，結合一個共含九個點的結構元素對所得的測量圖像進行腐蝕，當得到腐蝕圖像之后，利用腐蝕之前的圖像減掉腐蝕之后的圖像，實現測量目標對象所有內部點的掏空，進而得出所有橢圓的邊緣，實現對其輪廓的有效提取。這種處理方式能夠有效保證標定精度[1]。篩選目標：在標定自動化技術的實現過程中，涉及到目標的篩選問題。其篩選過程的參考因素主要是不同目標的像素數目信息以及各自的位置信息等。當篩選過程結束之后，需要對后續過程所需的目標進行排序，該操作能夠保證所提取的最終目標點具有左右匹配的特點，進而保證三維激光掃描系統的精度以及標定結果的準確性[2]。

2三維激光掃描系統的精度

2.1攝像頭景深對三維激光掃描系統精度的影響在實際測量過程中，焦點前后的光線會分別發生聚集和擴散，在這個過程中，點的影響會逐漸模糊成一個面積較大的圓，這個圓被稱為彌散圓[3]。當人眼對圖像的鑒別能力超出彌散圓直徑時，該彌散圓無法被肉眼辨別出來，這個彌散圓則是容許彌散圓。在焦點前后兩個容許彌散圓之間的固定距離被稱為景深。在應用三維激光掃描系統的過程中，當攝像機景深小于掃描物體時，實際超出景深部分的掃描對象會變得模糊，該部分特征提取過程會受到相應的影響，因此，實際成像位置的精確性也會受到相應的影響。為了保證三維激光掃描系統的精度，在實際應用過程中，應該結合具體的掃描對象選擇相應的CCD以及鏡頭。如果掃描對象具有不確定特點，為了保證三維激光掃描系統的精度，應該將掃描對象控制在攝像機的景深范圍中[4]。為了實現該目的，可以對z軸進行適當控制，使得該軸能夠沿著被掃描對象進行高度輪廓運動。2.2鏡頭畸變對三維激光掃描系統精度的影響應用在工業領域的光學視覺測量系統中，在裝調工藝以及加工等因素的作用下，會產生一定的光學畸變，當視場逐漸增加時，鏡頭產生的畸變也會逐漸增加。這種變化會對成像的幾何位置精度產生影響。這里通過成像系統分辨率對其影響過程進行分析。如果攝像機自身的分辨率不會發生變化，為了提升圖像物面的分辨率，需要對拍攝視場進行相應的縮小處理。如果攝像機自身的分辨率可以發生變化，在測量對象固定的條件下，為了實現圖像物面分辨率提升目的，應該對攝像機分辨率進行適當地提升。在實際應用過程中，圖像中心偏差、校正不合理等因素都可能引發鏡頭畸變，對此，為了保證三維激光掃描系統的精度，應該對其進行有效校正。就深度信息方面而言，其校正對象應該集中在攝像機的基線、左右兩個不同攝像機之間存在的視差以及鏡頭固有焦距等方面[5]。

3結束語

綜上所述，在三維激光掃描系統的實際應用過程中，其標定自動化技術主要是通過跟蹤算法實現的，分割閾值、自動濾波等步驟的進行能夠有效保證標定自動化的實現。除此之外，三維激光掃描系統的精度主要受到鏡頭畸變、圖像中心偏差以及攝像頭景深這三種因素的影響。為了保證精度，需要對這些影響因素進行有效控制。

作者:肖闖 楊雙祿 王雅紅 單位:沈陽理工大學

參考文獻：

[1]唐歡歌.三維激光掃描系統的標定自動化技術及精度分析[J].南方農機，2016，47(10)：104.

[2]劉佳.三維激光全景掃描系統誤差分析及相機標定[D].北京：首都師范大學，2009.

[3]高志國.地面三維激光掃描數據處理及建模研究[D].西安：長安大學，2010.

[4]王建文，杜春梅.三維激光掃描系統的關鍵性技術研究[J].計算機工程與設計，2010(5)；1089-1092.

[5].一種快速三維型面激光掃描系統的開發及研究[D].大連：大連海事大學，2008.