三維旋轉(zhuǎn)激光掃描測量系統(tǒng)的設計

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)臺上安裝標定球的方法來實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺中心軸線的精確標定，獲得了新的轉(zhuǎn)臺中心軸線的標定方法和后期的拼合和處理方案。
關鍵詞：旋轉(zhuǎn)掃描；轉(zhuǎn)臺標定；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雜的三維形狀，如何在計算機中建立三維對象的計算機模型就是三維形狀的數(shù)字化問題，該項研究源于20世紀六七十年代。三維形狀復雜多變、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)字化的問題非常復雜，至今，該項技術尚未成熟，仍是數(shù)字化技術研究的難點。目前，三維形狀數(shù)字化技術種類很多，包括機械、聲學、光學、電磁等類型，其中運用得最廣泛、效果最好的是光學測量技術。光學測量是光電技術、機械測量、計算機技術相結(jié)合的產(chǎn)物，可以實現(xiàn)快速，準確的測量。該項技術具有速度快、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，光學測量技術得到了越來越廣泛的應用，其中最典型的應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計的，主要作用是對三維形狀進行數(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，在計算機中對激光掃描線圖像進行處理，依據(jù)空間物點與CCD面陣像素的對應關系計算物體的景深信息，得到物體表面的三維坐標數(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)控雕刻機上，設計出能夠旋轉(zhuǎn)掃描測量的系統(tǒng)，可以有效地解決數(shù)字化設計與制造之間的銜接，充分利用現(xiàn)有數(shù)控設備，節(jié)省硬件成本。
為了解決復雜物體的數(shù)字化問題，同時降低企業(yè)的投入成本，我的設計方案是，在普通三維激光掃描儀的基礎上，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)，改進已有平面浮雕掃描軟件，使之適用于改進后的系統(tǒng)。