摘 要

由于非接触测量相对传统测量具有快速、灵活、高效的特点，所以逐渐取代传统的测量工具。由激光扫描和视觉捕捉所组成的测量系统在高精度测量的同时，还能对工件测量参数进行分析计算。因此，融合视觉和激光测量系统的非接触测量被广泛应用于工业生产。本文基于对激光扫描和双目视觉系统的理解与研究，分析处理通过以上系统获得的被测工件的特征，从而实现被测工件具体参数的计算。

本文主体分为四大部分，首先对非接触测量的背景及分类进行简单介绍，阐述其相比传统测量方法的优点及视觉与激光测量系统的特点；其次介绍本文实验所用激光扫描仪的工作原理、工作参数及实验坐标系的定义；然后对激光扫描仪经过一次扫描得到工件的点云数据进行计算分析,提取工件的边缘轮廓数据，并通过编辑算法对工件的边缘轮廓点进行筛选、分类从而提取到必要的参数信息的点云数据，再对点云数据进行处理、计算，得到需要的工件的参数，从而实现融合视觉和激光测量系统的数据处理与参数计算；最后针对算法提出改进思路并对全文进行简单总结。

关键词：非接触测量 激光扫描 视觉系统 点云

Data Processing and Parameter Calculation on

Fusion of Vision and Laser Measurement Systems

Abstract

Because the non-contact measurement has the characteristics of fast, flexible and high efficiency, it is gradually replacing the traditional measurement tools. The measurement system composed of laser scanning and visual capture can be used to analyze and calculate the measurement parameters of the workpiece in the high precision measurement. Therefore, the non-contact measurement of fusion vision and laser measurement system is widely used in industrial production. Based on the understanding and research of the laser scanning and binocular vision system, this paper analyzes the characteristics of the measured workpiece obtained through the above system, so as to realize the calculation of the specific parameters of the workpiece.

This paper is divided into four parts, firstly, non-contact measurement of the background and classification are introduced, the characteristics compared to traditional measurement methods and advantages of vision and laser measurement system; secondly, the definition of the working principle, the laser scanner used in this experimental work parameters and experimental coordinate system; and then through a laser scanner scanning point cloud data of the workpiece were calculated and analyzed. The data of contour extraction of the workpiece, and the point cloud data screening, classification and extraction to the necessary parameter information by editing algorithm on the workpiece contour point, then the point cloud data processing, calculation, get the parameters of the workpiece, so as to realize the data processing and data fusion of vision and laser measurement system; finally puts forward improvement ideas and simple general algorithm based on the text.

Key Words: Non-contact Measurement; Laser Scanning; Vision System; Point Cloud

目录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

目录 Ⅲ

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2非接触测量技术分类 1

1.2.1激光测量 2

1.2.2视觉测量 5

1.3研究意义 7

第二章 激光扫描仪与点云数据理论基础 8

2.1激光扫描仪 8

2.2坐标系的确定 8

2.2.1图像坐标系 8

2.2.2相机坐标系： 9

2.3坐标系之间的转换 9

2.3.1图像坐标系与物理坐标系 9

2.3.2相机坐标系与世界坐标系 10

2.3.3物理坐标系与相机坐标系的转换 11

第三章 研究过程 12

3.1实验器材 12

3.2提取工件轮廓 14

3.3提取弧线轮廓 15

3.3.1弧线轮廓的第一次提取 15

3.3.2弧线轮廓的第二次提取 16

3.4圆的参数计算 17

3.5实现算法 18

3.6实验结果与分析 19

第四章 研究总结 22

4.1算法改进 22

4.2 总结概述 22

参考文献....................................................................................................................................23

第一章 绪论

1.1研究背景

在当今的测量需求下，传统的测量方式已无法满足要求。传统的测量需要人工跑点、低效率导致采样点少，因而不能准确描述目标特征。低下的效率、巨大的劳动强度、较低的精度、较高的成本、测量时间长是传统测量方式的弊端。为了快速获取大面的目标信息，摄影测量应运而生。然而，其弊端也是十分明显：如两点同步困难、影像匹配困难、数据处理复杂、自动化程度低。另外，摄影测量具有较高的复杂程度，不仅要求操作人员具备较高的操作水准，而且观测仪器设备价格非常昂贵，使得测量成本大量增加。除此以外，摄影测量对环境要求较高，恶劣的天气或较差的能见度会影响测量的准确性，从而导致测量效果低下。而对于遥感技术测量来说，由于其测量需要由卫星遥感配合使用，而卫星轨道和卫星飞行周期等原因将影响卫星遥感的使用，所以只有在一定的时间和地点能够使用遥感技术，因此遥感测量的使用机会并不多。然而，现阶段的测量应用需要能非接触的前提下大量高效地获取被测物体的表面立体信息及其三维空间坐标，非接触测量技术应运而生。

非接触测量技术，顾名思义就是在不接触被测物体表面的情况下，通过非接触测量得到所需数据。非接触测量技术主要以光电何电磁等技术作为技术基础。传统的接触测量一般有游标卡尺、千分尺等，但是相比非接触测量而言，传统的测量方式存在较多的缺点。主要体现在效率、精准度和测量安全方面。非接触测量有以下几个优点：第一，效率高。非接触测量不用像传统的测量工具直接接触工件表面，可以非接触测量；第二，更安全。由于不用接触工件，保证了工件及测量人员的安全性；第三，更准确。相比传统的人为测量，非接触测量利用仪器测量保证了数据准确性及其稳定性。由于以上优点，非接触测量经历了快速的发展，并发展形成多种非接触测量技术。

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