三维激光快速扫描技术的分析

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1、第一章概述做出理性的判断；利用原始数掘与设计数据的比较，可对美容整形手术所需置入的假体进行外形和体积上的设计、制作，为准确制定出再造手术方案，提高再造手术成功率提供科学的参考数据，使医生或患者在手术前即可预见想要达到的术后效果：并可通过比较、分析做出手术前后的效果评价。此系统采用光学照相式的快速摄影方式，瞬间完成对实物的数掘采集。根据所获得的三维测量数据，通过三维建模方法，三维反求(三维逆向)实物的CAD模型，从而实现对产品的逆向工程(反求工程)。然而，由于该套系统设备投入较大，所以目前还不适宜市场化。1．1．2国内相关技术现状(1)离散单点采集三维坐标。目前流行的三坐标测量仪、三坐

2、标跟踪仪、三坐标测量机等三维扫描设备均是基于点扫描，对于需要采集海量数据的复杂结构的面、体等显得速度很慢，实用性很差；一般都不能用于采集活的人体数据。(2)基于二维的光学照相原理。该原理是用三维软件模拟三维模型，即从二维图像到三维图像的转换。如：近景照相测量法，其不足在于：需要人工找出一些特征点，然后根据数学模型形成物体近似的三维模型。该模型与物体的相似程度取决于特征点的选取，而这些人工的操作效率较低，所以很难大面积推广。(3)激光三维扫描技术。该技术是非接触式获取物体三D数据的技术。国内目前丰要采用点激光测距的原理采集数据，此方法测距精度较高，一般可达Hm数量级；需要较高精度的时间

3、基准，且设备投入较大；其采样速率一般每秒可达80点左右。用这种速率扫描一个较大物体(数十万个采样点)所需时剧是较长的，一般适用于扫描外形固定的物体。目前市场上需要快速采集真实人体三D数据的设备，并根据采集的三D数据制作逼真的雕塑。而较为流行的点激光测距三D扫描技术采集时涮长达几十分钟，作为活体的人不可能在几十分钟内一一动不动，凼而研究一种快速的，能适用于人体测量，精度适当的三D扫描技术就很有必要。(国外高速·iD激光扫捕仪⋯般4i篼2ln第一帝概述能用于人)。我国在该领域发展比较前沿的是天津大学精密测试技术与仪器国家重点实验室。该实验室图像的数字化处理使用激光扫描，测量时采用三维激光

4、扫描仪，它是将激光测距信号转换成RS一170信号，此信号经过传输线送到图像处理卡上，图像卡把Rs一170信号转换成数字信号，并储存于图像卡上的存储单元，同时图像卡也将模拟信号输出到监视器上。其基本原理是基于单点扫描测距，速度很慢，不能应用于人体头像的扫描。1．2课题的背景及任务1．2．1课题的背景快速激光三维扫描技术，是为西安瑞博公司三维立体人像雕塑设备的数据采集及处理部分进行设计的。三维立体人像雕塑技术是一项集激光，机械，计算机技术于一体的综合技术。三维立体人像雕塑投入市场后，可为用户快速精确地提供头像雕塑。而快速、实时的采集用户头部三维数据则是这个项目中的关键技术。三维立体人像雕

5、塑技术以三维激光快速扫描技术为基础；使用三维激光扫描仪对客户头部进行快速立体扫描。本文研究的三维激光快速扫描技术主要用于人体三维摄像及立体加工，也用于物体外形轮廓的系统测量：对复杂曲面工件的测量加工也十分有用。1．2．2课题的任务快速三维激光扫描系统将激光技术，机械技术及计算机技术结合在一起，准确快速地实现了人体头像的立体测量、再现。该系统利用激光的高度方向性和高亮度，在物体表面形成精细明亮的轮廓线，然后用两台400线以上对称放置的摄像机在短时削旱拍摄下物体表面的数百条轮廓线，这些视频图像经分离放大，降噪等一系列预处理，送由计算机系统进行实时处理，计算出所测物体外彤的三维籀1l“第一

6、章概述坐标。本文主要是对该系统中硬件组成部分进行研究与设计。论文主要介绍了如何将摄像机输出的全视频信号，根据计算机的要求分离、处理成相应的数字信号的方法。系统的硬件体系结构如图卜1所示包括：洁净稳压的直流电源、高速的时钟模块、视频分离模块以及与Pc机的接口部分即数据采集卡(包括数据口，状态口220V+SV。电源数据采集}]IVCC一⋯⋯，．高速时钟CLK月垒1JI叫‘p控制口

7、●’VCC

8、乜场同步二行标志状(BUSI视频分离'‘

9、见r帧同步．帧标志态

10、．4*住县。像标志口吾、寻像点计委!数VCC方衍角—_，据／方位角—J角计数口图1—1：系统硬件体系结构Fig．I-1：Structu

11、reofthesystematichardware和清除各类标志信号的控制口)、转盘方位角的采集电路等。本文对系统整体的工作原理、硬件体系各部分具体电路的研究与设计、各种芯片的特性与使用技术都一一作了分析与介绍；其中，论文的软件部分给出了三维采集系统的算法设计。第一章概述1．3系统装置及原理1，3．1系统装置快速三D激光扫描系统采用面激光扫描原理。扫描仪使用高30cm，宽度lmm长度200cm左右的激光面(又称激光刀)取代点激光测距中的点激光。激光面和物体