三維數(shù)據(jù)采集三維數(shù)據(jù)采集

院級(jí)精品在線課程

項(xiàng)目二三維工程設(shè)計(jì)《快速成型技術(shù)與應(yīng)用》2-3三維數(shù)據(jù)采集了解逆向工程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的分類及相應(yīng)的測(cè)量原理，掌握接觸式測(cè)量與非接觸式測(cè)量的不同技術(shù)特點(diǎn)。通過(guò)數(shù)據(jù)采集案例，了解三維數(shù)據(jù)采集的流程及方法。能力目標(biāo)知識(shí)要點(diǎn)了解逆向工程數(shù)據(jù)采集方法及種類數(shù)據(jù)采集方法及分類掌握接觸式測(cè)量與非接觸測(cè)量技術(shù)特點(diǎn)接觸式測(cè)量和非接觸測(cè)量了解數(shù)據(jù)采集的流程掃描前處理、掃描規(guī)劃、掃描學(xué)習(xí)目標(biāo)表面數(shù)據(jù)測(cè)量非接觸式接觸式光學(xué)式非光學(xué)式觸發(fā)式機(jī)械手臂三角形法結(jié)構(gòu)光法激光干涉法計(jì)算機(jī)視圖法

CT測(cè)量法MRI測(cè)量法層切法超聲波法一、數(shù)據(jù)獲取方法的分類接觸測(cè)量，點(diǎn)測(cè)量精度幾個(gè)μm測(cè)量速度慢二、接觸式數(shù)據(jù)掃描——三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)CMM

567接觸式測(cè)量特點(diǎn)測(cè)量精度高與被測(cè)物體表面的顏色、外形無(wú)關(guān)，對(duì)光強(qiáng)無(wú)要求可直接測(cè)量特征尺寸測(cè)量速度慢適用于硬質(zhì)表面，軟質(zhì)表面易變形球頭半徑補(bǔ)償測(cè)量時(shí)需要固定和定位基準(zhǔn)非接觸測(cè)量，線測(cè)量精度幾十個(gè)μm測(cè)量速度較快三、非接觸式光學(xué)掃描——激光掃描測(cè)量三、非接觸式光學(xué)掃描——激光掃描測(cè)量牙頜的點(diǎn)云和反求11點(diǎn)云網(wǎng)格藝術(shù)品的點(diǎn)云和反求三、非接觸式光學(xué)掃描——結(jié)構(gòu)光掃描測(cè)量采用的照相式三維掃描技術(shù)。利用相位和立體視覺(jué)技術(shù)的結(jié)合，在物體表面投射光柵。利用相位和外極線實(shí)現(xiàn)兩幅圖像上的點(diǎn)的匹配，利用定標(biāo)了的攝像機(jī)系統(tǒng)，計(jì)算點(diǎn)在三維空間坐標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)物體表面三維輪廓的測(cè)量。以德國(guó)Gom公司為代表的Atos三維光學(xué)掃描儀是基于雙目式光柵投影測(cè)量技術(shù)的設(shè)備。國(guó)外稱為whitelightscanner,白光3D掃描儀非接觸掃描儀—結(jié)構(gòu)光三維掃描儀北京天遠(yuǎn)OKIO-I/II/V3DSSLED白光掃描儀XTOM型三維光學(xué)面掃描儀

三、非接觸式光學(xué)掃描——特點(diǎn)

(1)測(cè)量速度快，不必逐點(diǎn)測(cè)量，測(cè)量面積大，數(shù)據(jù)較為完整。

(2)可以直接測(cè)量材質(zhì)較軟以及不適合直接接觸測(cè)量的物體，如橡膠、紙制品、工藝品、文物等。

(4）對(duì)零件表面的反光程度、顏色等有較高要求，工件表面的明暗程度會(huì)影響測(cè)量的精度。

(5)測(cè)量精度一般，特別是相對(duì)于接觸式測(cè)頭測(cè)量數(shù)據(jù)而言。

(6)對(duì)于一些細(xì)節(jié)位置，如邊界、縫隙、曲率變化較大的曲面容易丟失數(shù)據(jù)。

(7)陡峭面不易測(cè)量，激光無(wú)法照射到的地方便無(wú)法測(cè)量。四、非接觸式非光學(xué)掃描——斷層掃描可以測(cè)量物體表面、內(nèi)部和隱藏結(jié)構(gòu)特征

破壞性測(cè)量——層去掃描法非破壞性測(cè)量——CT測(cè)量法——MRI測(cè)量法

——超聲波測(cè)量法結(jié)構(gòu)光、激光掃描儀和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)比較

結(jié)構(gòu)光（白光）激光掃描儀三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)系統(tǒng)體積小一般大系統(tǒng)重量輕、方便移動(dòng)一般、可移動(dòng)重、不可移動(dòng)掃描方式面點(diǎn)、線點(diǎn)測(cè)量精度高較高高測(cè)量范圍大一般小測(cè)量時(shí)間小于5秒10分鐘--數(shù)小時(shí)數(shù)小時(shí)--數(shù)天安裝設(shè)置簡(jiǎn)單一般需調(diào)試維護(hù)難度容易一般難、嚴(yán)格工作環(huán)境不嚴(yán)格一般嚴(yán)格適用范圍所有物體廠家不同而不同硬物體的測(cè)量掃描精度應(yīng)滿足實(shí)際的需要；掃描速度快，盡量減少測(cè)量在整個(gè)逆向過(guò)程中所占有的時(shí)間；數(shù)據(jù)掃描要完整，以減少數(shù)模重構(gòu)由于數(shù)據(jù)缺失帶來(lái)的誤差；數(shù)據(jù)掃描過(guò)程中不能破壞原型；降低數(shù)據(jù)掃描成本。數(shù)據(jù)掃描滿足以下要求：對(duì)自由曲面形狀物體的數(shù)據(jù)掃描一般用非接觸光學(xué)測(cè)量的方法，對(duì)規(guī)則形狀物體的數(shù)據(jù)掃描一般用接觸式測(cè)量。非接觸光學(xué)掃描的前處理

表面處理

（1）噴亞光漆、白色顯像劑：黑色銹蝕表面、透明表面、反光面（2）清洗：工件表面的灰塵、鐵屑等更會(huì)帶來(lái)測(cè)量數(shù)據(jù)的噪聲，造成點(diǎn)云數(shù)據(jù)不佳。

非接觸光學(xué)掃描的前處理

貼標(biāo)記點(diǎn)或標(biāo)識(shí)點(diǎn)

(1)對(duì)于一些大型物體（比如汽車覆蓋件），或者需要多幅測(cè)量進(jìn)行拼接時(shí)，需要根據(jù)視角在物體的表面貼上一些標(biāo)記點(diǎn)。

(2)標(biāo)記點(diǎn)用來(lái)協(xié)助坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的，是多視覺(jué)注冊(cè)拼合的特征點(diǎn)。(3)標(biāo)記點(diǎn)可以是掃描物體本身的特征點(diǎn)、可以用筆畫(huà)在紙上的標(biāo)記、或用橡皮泥捏成的標(biāo)記點(diǎn)。如果自動(dòng)拼合，標(biāo)記點(diǎn)是一個(gè)個(gè)黑白的專用標(biāo)記點(diǎn)掃描規(guī)劃精確掃描——對(duì)曲率變化大的地方數(shù)據(jù)盡量采集完整；高效掃描——數(shù)據(jù)掃描的次數(shù)少、數(shù)據(jù)量盡量小、縮短掃描時(shí)間。2.數(shù)據(jù)處理

目的：獲得完整、正確的測(cè)量數(shù)據(jù)以方便后續(xù)的造型工作。

主要工作：點(diǎn)云拼合、數(shù)據(jù)過(guò)濾及平滑、球頭半徑補(bǔ)償、數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)、數(shù)據(jù)分割22拼合點(diǎn)云實(shí)例發(fā)動(dòng)機(jī)罩測(cè)量點(diǎn)云拼合前發(fā)動(dòng)機(jī)罩測(cè)量點(diǎn)云拼合后23切分窗口拼接后的整體圖像24數(shù)據(jù)測(cè)量與處理實(shí)例例：汽車覆蓋件——點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理（900,000個(gè)點(diǎn)）原始數(shù)據(jù)：體外點(diǎn)，噪聲點(diǎn)25刪除體外點(diǎn)26刪除噪聲點(diǎn)27消除體外點(diǎn)及噪聲點(diǎn)后的點(diǎn)云28效果比較29數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)：150,000301.數(shù)據(jù)掃描方法可以分為接觸式和非接觸式兩大類。2.非接觸光學(xué)掃描是逆向數(shù)據(jù)采集的主要方法。非接觸光學(xué)掃描設(shè)備很多，不同的掃描設(shè)備，雖然由于掃描的原理不同，掃描軟件操