【线激光扫描三维成像】原理介绍
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2024-12-27 02:08:29
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【线激光扫描三维成像】

  • 本文以 基于一维移动平台的线激光扫描三维成像项目为例,用通俗的语言让读者快速理解线激光扫描三维成像的原理。
  • 文章目录

    • 线激光扫描三维成像概念
    • 线激光扫描三维成像优点(相较于二维视觉)
    • 线激光扫描三维成像应用(简单列举)
    • 线激光扫描三维成像装置
      • 硬件选型
      • 装置搭建
    • 线激光扫描三维成像软件实现
      • 算法列举
      • 标定原理
      • 二维图像处理原理
      • 三维点云处理原理
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线激光扫描三维成像概念

  • 线激光扫描:利用线激光器扫描待测物体,相机采集待测物体表面的形变激光线(二维图片)
  • 三维成像:计算机处理形变激光线的图片,通过一些算法计算得到待测物体表面三维点云数据

  • 综上所述,线激光扫描三维成像,就是在待测物体周围设置视觉传感器(相机+激光器),激光器投影到待测物体表面产生形变线激光,相机采集形变线激光图片,然后通过一定的算法计算得到待测物体表面的三维点云数据。

线激光扫描三维成像优点(相较于二维视觉)

以工业流水线上对外形不规则且具有随机位姿的工件抓取为例:

  • 二维视觉缺少深度信息,而三维视觉弥补了这个缺陷。

在这里插入图片描述

线激光扫描三维成像应用(简单列举)

在这里插入图片描述

线激光扫描三维成像装置

硬件选型

对于装置的硬件选型,其实没有一个固定的选型搭配,要根据实际应用场景去挑选合适的型号。下面列举必要的配件“

  • PC:主要是影响速度,在算法方面无法对速度进行提升之后,只有对硬件进行提升了。
  • 相机:一般选择工业相机,主要影响精度,工业相机的优点就是长时间工作稳定性好。
  • 线激光器:投影的激光线条越细越好,因为三维成像需要提取形变线激光的中心线。
  • 一维移动部件:传送带等。因为相机和激光器是固定不动的,需要移动装置载着待测物体移动,完成扫描。

装置搭建

  • 线激光扫描三维成像装置可以如下图这样搭建。
  • (1)工业相机(2)线激光器(3)工业镜头(4)铝型材(5)传送带(6)光电传感器(7)机械臂

> [装置搭建方法,可列举步骤~]

线激光扫描三维成像软件实现

算法列举

要实现物体的三维成像,主要就是利用计算机处理相机采集的待测物体表面的形变激光线,说白了,就是一个对二维图像的处理过程。
可以简单的列举如下:

  • 标定过程:相机标定,光平面标定、扫描方向标定。如果采用多相机,还会涉及多相机联合标定。
  • 二维图像处理:激光中心线提取。当然还会涉及一些常用的图像处理算法:去噪、二值化等等。
  • 三维点云处理:点云拼接、融合。当然还会涉及一些常用的点云处理算法:去噪、采样等等。
  • 其他算法:比如传送带运动控制,相机采集控制(多相机同步采集)等等。

标定原理

  • 标定,其实就是得到一个转换关系,通过这个转换关系可以实现二维像点到三维物点的转换。
  • 相机标定:得到像点到物点转换关系,这里的得到的物点其实是假三维,因为其高度信息还是未知的。
  • 光平面标定:得到光平面方程,可以得到其高度信息。
  • 扫描方向标定:得到相邻两条形变线激光之间的间距,用于点云的排列。
  • 多相机联合标定:得到多个视角坐标系的转换关系,可以将多视角数据统一到同一个坐标系。

在这里插入图片描述

二维图像处理原理

投影的激光线,在物体表面的成像其实是有一定宽度的,我们需要提取到他的中心线坐标。
常见的光条中心线提取算法有:边缘法、中心法、细化法、极值法、灰度重心法、模板法、曲线拟合法等等。

在这里插入图片描述
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三维点云处理原理

三维点云处理,主要就是点云融合,这里可能涉及到点云的去噪、下采样、孔洞填充等处理过程。

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