【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

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

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• 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。

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

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

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。

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。

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。