Vivid-910三維激光掃描儀-技術綜述01課件

Vivid910三維激光掃描儀------技術綜述01Vivid910簡介美能達公司生產的VIVID910高精度三維激光掃描儀采用激光三角法測量原理，重量llkg，掃描距離在0.5m-2.5m之間。精度可達+、-0.O08mm，準確度可達零點幾個毫米。

這種掃描儀有三種鏡頭可使用，這三種鏡頭主要針對不同的測距和掃描范圍而設計。(1)遠焦鏡頭，焦距為25mm;最長測距可達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測量，工業(yè)CT等斷層掃描，層析三維數(shù)字畫測量，三維激光掃描等。由掃描儀得到的點通常比較密集，我們把它稱之為點云(PointCloud)。（2）點云數(shù)據(jù)配準被掃描的物體通常比較復雜，而一次掃描只能得到被測物的一個面的三維數(shù)據(jù)，要得到整個物體的表面模型，必須從不同的視點(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，得到物體完整的表面模型。把不同視點采集的深度數(shù)據(jù)轉換到同一個坐標系下，這就是數(shù)據(jù)配準過程。最簡單而有效的數(shù)據(jù)配準方法，是在采集數(shù)據(jù)的時候放置一些標志物，通過標志物來確定不同視點之間的相對位置關系。但是這個方法受到的限制很多，在實際中常常難以使用。通常的方法還是使用手工選擇對應點的方式，再使用各種算法，如迭代最近點算法(ICP算法），Hough變換平面提取等來進行配準。（3）數(shù)據(jù)的融合與建網當兩片掃描得到的深度數(shù)據(jù)配準到同一坐標系后，其重合的部分必然會有兩層數(shù)據(jù)，這就帶來了數(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(我們稱為點云)，它們不能真實準確的表示實際物體和場景的表面。利用點云構建三角網格則是一種常用有效的方法。建網后的模型可以很好的逼近實物或場景的表面。目前散落數(shù)據(jù)點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，將空間數(shù)據(jù)點向二維平面投影后進行，當處理空間單項投影有重疊的多值曲面的散落數(shù)據(jù)點時需要進行分片向合適的平面投影，分別進行三角劃分。對平面上點的三角剖分常用Delaunay（德勞內）三角化方法，其中又有最小內角最大準則、圓準則、PLC準則等一些優(yōu)化準則。在得到網格模型之后，網格上一般還有很多問題，如需要對因數(shù)據(jù)采集設備的限制以及數(shù)據(jù)配準和建網時帶來的誤差積累帶來的噪聲進行降噪處理。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缺失，這就是模型上的空洞，通常要對有些空洞進行補洞操作?；谌S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）；IMMerge（合并）；IMEdit（編輯）；IMCompress（壓縮）；IMTexture（紋理）；IMView（視圖）；OutPut（輸出）；Utilities（公用）；Languages（語言）；Demos（演示）。IMMerge模塊功能是將拼接完成的三維掃描點云數(shù)據(jù)自動計算生成高分辨率的多邊形模型。該模塊的操作界面為一對話窗口樣式，在該窗口對模型生成參數(shù)進行設置，所有參量設置完成并點擊開始按鈕，模塊軟件將對點云數(shù)據(jù)進行合并操作，將點生成面單元，合并過程的信息數(shù)據(jù)將在模塊Output模塊窗口中顯示。其中模型計算的參數(shù)直接影響模型生成的時間，這些參數(shù)主要用來調整生成的多邊形面片的平整度、多邊形邊長、采樣步長等。Output模塊主要功能是顯示Polyworks軟件的兩類信息:一是所有模塊突然終止的錯誤信息;一是由模塊IMMerge、IMCompress和IMTexture計算引起的，參量及計算進程等信息。IMCompress模塊其用戶界面與IMMerge模塊近似，功能是優(yōu)化生成的面片模型中點的數(shù)量，優(yōu)化結果由參數(shù)控制。將合成后的或者編輯完的模型數(shù)據(jù)內的三角面片進行自動壓縮。壓縮方法按百分比或絕對值。所謂三角面片的壓縮是指在保證形狀不變形的前提下，盡量刪除過多的三角面片。IMTexture模塊是用來實現(xiàn)對模型進行紋理貼圖功能。IMView模塊的功能是查看三維模型數(shù)據(jù)。Utilities模塊用于調用各模塊的軟件使用說明書，同時也是安裝軟件狗密碼的入口。Languages模塊用來實現(xiàn)Polyworks軟件的語言及字體的管理，模塊內置包括英語、德語、日語、中文簡體、中文繁體等5種語言模式，默認為英語。Demos模塊為軟件試用版啟動窗口，其中提供試用的軟件模塊包括IMAlign、IMMeompress、IMEdit，這些軟件無需安裝軟件狗即可啟動操作，但數(shù)據(jù)結果不能保存。IMAlign模塊主要用來實現(xiàn)各站掃描獲取的點云數(shù)據(jù)的拼接。對于激光掃描獲得的點云數(shù)據(jù)都是以掃描儀位置為零點的局部坐標系，亦即每次經掃描而得到的點云數(shù)據(jù)的坐標系是獨立和不相關聯(lián)的。但實際上每幅點云陣數(shù)據(jù)都是掃描場景的一部分，那么就有必要將這些點云數(shù)陣據(jù)轉化到同一坐標系里，IMAlign模塊就可以實現(xiàn)這一目的。在此模塊中，點云數(shù)據(jù)的拼接方法有自動拼接和手動拼接等，拼接流程見圖2-20。IMInspect模塊主要功能是對拼接好的點云數(shù)據(jù)進行坐標轉換、完成各項量測工作及剖面線的生成等。具體功能主要包括有:點云數(shù)據(jù)的大地坐