三維激光掃描技術(shù)在國外的發(fā)展

三維激光掃描技術(shù)在測量精度、測量速度和操作性等方面依靠著激光的高亮度、單色性、相干性和方向性等特性有著巨大的優(yōu)點(diǎn)，可以說是繼GPS定位之后的又一項(xiàng)上世紀(jì)九十年代中期的高新測繪技術(shù)。早期的第一代激光測距技術(shù)還僅限于點(diǎn)激光掃描測量，雖然精度較高，但掃描速度慢。但隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是激光、半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的飛躍式發(fā)展，第一代點(diǎn)測量掃描已經(jīng)不能滿足人類的需求；以三維臺式激光掃描儀為代表的第二代線測量掃描技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，有效的激光線照射工件表面，在經(jīng)過傳感器得到工件表面的三維數(shù)據(jù)信息，它不需要接觸被測工件就能直接捕捉工件表面采樣點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息和反射率；以拍照式三維掃描儀和光柵式掃描儀為代表的第三代面測量掃描儀器，通過一組光柵的位移，再經(jīng)過多組傳感器來收集到工件表面的三維數(shù)據(jù)信息。

目前，有很多公司和機(jī)構(gòu)研究三維激光掃描儀的研發(fā)和數(shù)據(jù)處理，領(lǐng)先的有瑞士、奧地利、加拿大、美國等。其生產(chǎn)的儀器在數(shù)據(jù)的采樣率、最小點(diǎn)的間距、激光的波長、激光的等級、模型化點(diǎn)定位的精度、測距的精度、測距的范圍、激光點(diǎn)的大小和掃描的角度等指標(biāo)方面各有千秋。尤其在選購三維激光掃描儀時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)要求精度、儀器成本、應(yīng)用領(lǐng)域等諸多因素綜合考慮。

在軟件應(yīng)用方面，各類計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件相繼推出3D功能，3D DIS系統(tǒng)一直是研究設(shè)計(jì)仿真領(lǐng)域的熱點(diǎn)。北美最先進(jìn)的數(shù)字化城市建設(shè)平臺已經(jīng)成功的將費(fèi)城推廣到個(gè)人PC和手機(jī)等設(shè)備當(dāng)中。其數(shù)據(jù)采集有機(jī)載三維激光掃描儀和地面三維激光掃描儀交互完成，并應(yīng)用拼接技術(shù)完成點(diǎn)云數(shù)據(jù)的坐標(biāo)統(tǒng)一，具有城市模型逼真度高、數(shù)據(jù)信息完整、實(shí)時(shí)交互性強(qiáng)等特點(diǎn)。

點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理技術(shù)是三維激光掃描技術(shù)實(shí)現(xiàn)的核心技術(shù)，其數(shù)據(jù)濾波算法、點(diǎn)云網(wǎng)格化算法和多視點(diǎn)云拼接技術(shù)相對來說研究起步較早。Huang在The Pre-Processing of Date Points for Curve Fitting in Reverse Engineering中提出一種新方法，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)反復(fù)帶入隱式方程或顯示方程y=f(x)兩次，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即認(rèn)為數(shù)據(jù)是平滑的。這種方法原理比較簡單，但如何選擇一個(gè)合適的方程，文獻(xiàn)并沒有說明。

Zhixin Yang在A Systemic Point-cloud De-noising and Smoothing Method for 3D Shape Reuse一文介紹了一種系統(tǒng)的點(diǎn)云去噪和網(wǎng)格平滑處理方法。該模型的去噪和光順是基于k-means聚類，網(wǎng)格平滑模塊是一種改進(jìn)處理離散數(shù)據(jù)的平均方法秩序，但網(wǎng)格平滑處理方法無法確保聚類效果和質(zhì)量。

散亂點(diǎn)云的數(shù)據(jù)處理主要思路大體有兩種：一種是將原始散亂點(diǎn)云轉(zhuǎn)成格網(wǎng)模型，通過格網(wǎng)模型的濾波方法再進(jìn)行濾波處理；另一種方法就是直接對原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理。事實(shí)上許多方法都是在去除噪聲和保持?jǐn)?shù)據(jù)特征這對相對矛盾的關(guān)系中找到一種最佳的平衡。例如Laplace濾波和二次laplace濾波法雖然能夠有效的平滑點(diǎn)云的模型，但不能有效的保持點(diǎn)云的特征，會造成邊緣的失真。平均曲率法則是主要依賴于工件的曲率估計(jì)，對于處理噪點(diǎn)較多時(shí)，則效果不明顯。

除上述的方法外，針對噪聲的數(shù)據(jù)信息點(diǎn)云通常是無規(guī)律地分布，且難以用單一的數(shù)學(xué)的模型來區(qū)分上述問題。針對上述問題提出一種新的方法，將基于密度聚類算法運(yùn)用到三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)去噪中，并實(shí)現(xiàn)了工件與噪點(diǎn)的分離。但該方法的應(yīng)用僅僅適用于小范圍或表面連續(xù)的工件點(diǎn)云，同時(shí)運(yùn)行過程又需要人工的干預(yù)，無法確保聚類質(zhì)量的有效性。對于上述的問題，提出一種新的原始散亂的點(diǎn)云數(shù)據(jù)快速去噪算法。該方法基于改進(jìn)K-means聚類算法來構(gòu)建點(diǎn)云空間的拓?fù)潢P(guān)系，然后對每一類的點(diǎn)云進(jìn)行噪點(diǎn)的識別和去除。該方法能夠很大程度保留理想的點(diǎn)云原始數(shù)據(jù)信息。與對全局點(diǎn)云進(jìn)行去噪相比，該方法不需要搜索全局信息，運(yùn)算時(shí)間迅速，去噪效率高。

3D打印資訊拓展

運(yùn)動控制器與3D掃描系統(tǒng)

會自動扭動還原的3D打印扭計(jì)骰

讓你即時(shí)找到工場制作客制零件的網(wǎng)上平臺Xometry

5軸3D打印機(jī)？

混入未來概念的3D打印電子小提琴？

快10倍的新FDM 3D打印技術(shù)?

上一篇：金屬3D打印工藝注意事項(xiàng)
下一篇：運(yùn)動控制器與3D掃描系統(tǒng)