三维激光彩色扫描仪工业型关键技术分析和实现

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1、1）工业制造业：三维信息获取技术提供了一种快速的三维测量手段，能迅速获得物体的立体尺寸。对于形状复杂的物体，要测量其三维坐标数据是相当困难的。而三维获取技术能测量物体表面每个点的三维坐标，特别是它能实现快速的三维在线测量，这是过去的手工测量所无法做到的。美国80年代就将结构光技术用于流水线上的零件检测，精度达到0.02毫米。现在，宝马公司和美国汽车城底特律的许多汽车公司都装备了这样的设备用于汽车外形和零件的测量。如果要对一个零件进行仿制，就必须测量它的尺寸，三维数字获取技术能快速测得零件表面每个点的坐标，将数据送入数控加工设备，很快就能得到一模一样的产品。对某些物品，比如特别柔软的物品，用传统

2、的接触测量方法，可能在接触时使物体变形，而部分三维数字获取设备可以进行无接触的测量。2）影视广告业:三维数字获取技术最能发挥作用的地方是在影视、广告业。随着计算机图像图形技术的飞速发展,计算机特技越来越广泛地应用于影视、广告业,实现了过去无法想象的特技效果，已经成为高质量影视、广告制作不可缺少的手段。要在计算机上完成三维动画,必须有三维彩色模型数据。这只有两个渠道,一是在计算机中构造，二是设法获得实物的立体彩色模型。对于一些简单规则的物体,可以由人工在计算机内构造,对于复杂的物体,例如人的头部，艺术品，是无法用这种手段达到目的的。这时就必须使用三维彩色数字获取设备,它能将演员、道具、模型等的表

3、面空间和颜色数据扫描入计算机中,构成与现实物体完全一致的三维彩色模型。有了这些模型,才能用计算机三维动画软件对它们作进一步的特技处理,进行旋转、压缩、拉伸等各种变化,进行切割、剪裁、拼接等处理,或融入特定的场景中,实现高难度的特技效果。甚至可以将演员、动物的立体彩色模型输入计算机内形成“虚拟演员”,赋予“它”不同的表情和动作,这些将给影视特技制作带来革命性的变化。我们近年看到的一些影片如《侏罗纪公园》《终结者》《玩具总动员》《泰坦尼克号》等都使用了三维彩色数字获取技术。3）仿真训练、灵境(虚拟现实)系统:在仿真训练系统、灵境系统中,同样需要大量的三维彩色模型，由人工生成这些模型，费时费力，真实

4、感差，而三维彩色数字获取技术可提供系统所需的大量的,与现实世界完全一致的三维彩色模型数据。24）游戏娱乐业：三维彩色数字获取可以提供高级三维、虚拟现实游戏、娱乐系统所需的大量真实的三维彩色模型。5）文物保护：三维彩色数字获取技术能以不损伤物体的手段,获得文物的三维信息和表面色彩、纹理，便于长期保存、再现,这是传统的照相等手段所无法达到的。有了这些信息,也给文物复制带来很大的便利。英国自然历史博物馆利用三维扫描仪将文物的立体色彩模型扫描到虚拟现实系统中,建立了虚拟博物馆,令参观者犹如进入了远古时代。6）艺术、雕塑：把三维数字获取技术和数控雕刻机结合,可以很方便地雕刻雕像。只要对对象进行一次扫描,

5、就能获得其表面的每个点的坐标数据,将数据送给数控雕刻机，很快就能雕刻出逼真的雕像，完成过去只有天才艺术家才能完成的工作。在获得对象的彩色立体模型后，还可以在计算机内进行随心所欲的加工，变形,并直接观看其效果，满意后再送给数控雕刻机，这就能给艺术家的工作提供很大的方便。7）医学、整形、美容:三维数字获取技术能快速测量人体各部分,包括牙齿、面颌部、肢体等的尺寸，对美容、矫形、修复、口腔医学、假肢制作都非常有用。在考古、刑侦等工作中,有时需要根据人或动物的骨骼来恢复形状,在这项工作中，已经开始引入计算机,这时就需要三维数字获取将骨骼的坐标数据输入计算机。8）服装：过去做服装，都是按照标准人形批量生产

6、，现在随着人民生活水平的提高，人们开始追求个性化服装设计，三维彩色数字获取可以快速地获得人体的所有尺寸和立体彩色模型，输入计算机，与服装CAD技术结合，在模型上按每个人的具体尺寸进行服装设计，并可以直接在计算机上观看最终效果。美国ARMSTRONG实验室将三维数字化仪用于空军抗荷服的制作。在制鞋业,三维数字获取装置也可以发挥作用。9）电信：我们通常见到的传真机都是二维的，把三维数字获取技术与现代电信技术结合，可以发展三维传真机，斯坦福大学等已经在这方面做了不少工作。10）公安与国家安全：可用于枪弹、足印等痕迹、特征的快速测量和鉴别。11）学术研究：随着技术的发展，图形图像科技工作者的研究领域逐

7、渐从二维进入三维，三维彩色数字获取设备可以给他们提供迅速获取三维彩色图像数据的手段，为三维彩色图像图形处理、三维物体识别的研究提供方便。国内外对三维(彩色)信息3数字化技术进行了长期的研究。目前,欧、美、加、日等发达国家的许多公司已经开发了成熟的产品，形成了一定规模的产业,其产品应用于各个行业，产生了巨大的效益。国内在这一领域也有较强的科研力量，许多单位如西安电子科技大学、四川联大、西安交通大学、