微目近景摄影三维扫描文物数字化建模保护系统解决方案.doc
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1、精选资料微目近景摄影三维扫描文物数字化建模保护系统解决方案 可修改编辑282 / 282微目近景摄影三维扫描系统目 录 第一部分 概述 . 1第 1 章 微目近景摄影三维扫描系统概述 . 21.1 系统介绍 . 21.2 系统组成 . 21.3 作业流程 . 31.4 常用专业术语 . 5第二部分 微目近景摄影三维扫描系统硬件安装及操作 . 6第 2 章 硬件构成 . 7第 3 章 支架操作说明 . 93.1 三脚架操作规范 . 93.2 云台操作规范 .11第 4 章 投影仪操作说明 .144.1 投影仪的安装 .144.2 投影仪使用 .14第 5 章 相机操作说明 .225.1 镜头调整
2、 .225.2 日常维护 .22第 6 章 其他说明 .236.1 平面标定板 .236.2 圆柱标定块 .236.3 旋转平台 .24第三部分 扫描软件操作说明 .25第 7 章 扫描软件安装 .267.1 软件安装 .267.2 驱动安装 .297.3 三维模型浏览器 安装 .31第 8 章 软件界面 .368.1 启动软件 .368.2 软件界面 .368.3 工具栏 .37第 9 章 软件操作 .409.1 硬件检查 .409.2 标定 .419.3 参数设定 .539.4 扫描条纹设定 .559.5 扫描并导出数据 .569.6 点云的显示 .589.7 点云编辑 .59第 10 章
3、 常见问题 .60第四部分 后处理软件操作说明 .61I 微目近景摄影三维扫描系统第 11 章 ZGWork 软件安装 . 62第 12 章 ZGWork 软件介绍 . 6312.1 启动软件 . 6312.2 软件界面 . 6312.3 菜单栏 . 6412.4 工具栏 . 6612.5 模块介绍 . 69第 13 章 ZGWork 软件操作 . 7113.1 导入数据 . 7113.2 纹理图像关联 . 7213.3 法向计算 . 7313.4 数据编辑 . 7713.5 点云拼接 . 7913.6 点云融合 . 8413.7 构网计算 . 8613.8 模型简化 . 8813.9 自动纹
4、理 . 9013.10 距离计算 . 9113.11 平面度计算 . 9213.12 体积计算 . 9313.13 球形拟合 . 9313.14 圆柱体拟合 . 9513.16 断面线拟合 . 9713.16 平面拟合 . 9913.17 坐标计算 . 10013.18 角度计算 . 10213.19 面积计算 . 10313.20 保存数据 . 104第 14 章 ZGWork 常见问题 . 107第五部分 高分辨率影像配准软件操作说明 . 108第 16 章 ZGCali 和 ZGTex 软件安装. 109第 16 章 高分辨率影像配准 . 11016.1 高分辨率影像采集 . 11016
5、.2 相机标定 . 11116.3 高分辨率影像配准 . 116附录 ZGWork 快捷键. 138联系方式. 139II 微目近景摄影三维扫描系统第一部分 概述 本部分主要介绍 微目近景摄影三维扫描系统简介、组成、以及操作流程等。 - 1 -微目近景摄影三维扫描系统 第 1 章 微目近景摄影三维扫描系统概述 本章简要介绍微目近景摄影三维扫描系统(以下简称WMJJ 3D ),包括系统的功能、特点,系 统的组成、系统作业流程以及本指南中涉及到的一些常用专业术语解释等。 1.1 系统介绍 WMJJ 3D扫描系统是本公司基于自身技术优势自主研发的具有独立知识产权的三维 摄影扫描测量系统。系统提供多种
6、简便的扫描、拼接模式,可以在极短的时间内高精度地获 取被测物体的三维表面模型。该系统扫描测量的直接结果是物体表面密集的、高精度的点云 数据,经过处理可以生成CAD图形数据、各种剖面数据、三维造型数据、各种标准曲面数据、 各种线图数据等,从而满足不同领域的需要。系统可以同时获取物体表面的纹理色彩信息, 并自动、无缝地将纹理敷在物体表面模型上,从而生成具有高度真实感的物体模型。除此之 外,系统所带的后处理软件ZGWork还具有粗差点剔除、点云拼接、点云融合、自动构网建模、 模型简化等功能,用户通过点击鼠标就可以很快生成需要的模型数据,方便快捷。ZGTex通 过高清纹理影像配准,来得到具有高分辨率纹
7、理的模型。 该系统具有如下特性: _ 扫描精度高、数据量大,在扫描过程中可产生极高密度的点云数据; _ 扫描速度快,单面扫描时间小于 5 秒; _ 非接触式扫描,除了适用可接触式扫描外,还可以用于对柔软、易碎物体的扫描以及难 于接触或不允许接触扫描的场合; _ 测量过程中提供多种扫描方式,包括手动扫描模式、转台全自动扫描模式。转台全自动 扫描模式使用方便、操作简单,设定好相关参数后,扫描过程中无需人工干预,实现真 正的全自动扫描; _ 测量结果输出为通用的 ASC 点云文件格式, 与系统提供的后处理软件或其他相关软件 配合,可得到 OBJ, 3DS,IGES,WRL 等各种数据格式,从而满足不
8、同用户的需求; 1.2 系统组成 WMJJ 3D 扫描系统包括硬件和软件两部分。 1、 硬件部分 WMJJ 3D 扫描系统硬件部分组成请参考第 2 章内容。 2、 软件部分 WMJJ 3D 扫描系统软件部分包括两部分:(1)点云扫描软件 WMScan;(2)点云后处理 软件 WMWork; (3)相机标定软件 WMCali;(4)高分辨率影像配准软件WMTex _ 扫描软件 Scan Scan 软件的主要功能是控制扫描仪进行扫描测量获取点云数据,具体包括以下几方 面:(1)扫描仪硬件的控制,包括结构光投射、相机获取影像、旋转平台旋转等;(2)扫描 数据处理,包括特征提取、匹配、三维坐标的计算等
9、;(3)相机的标定,确定相机的焦距、 像主点、畸变参数等;(4)旋转平台的标定,确定旋转平台在相机坐标系的位置和姿态;(5) 基于旋转平台的点云拼接。 - 2 -微目近景摄影三维扫描系统 _ 点云后处理软件Work Work 软件的主要功能在于对获取的点云数据进行处理,生成需要的成果,具体包括 以下几方面:(1)粗差剔除,检测数据中的错点并删除;(2)点云拼接,通过人工指定初始 值,精确计算点云拼接参数;(3)点云融合,将多片点云综合成一片;(4)三维构网建模, 确定三维点云中点与点之间的连接关系,构成三角网,建立三维表面模型;(5)模型简化, 进行数据抽稀少数据量,在此过程中尽可能保持特征;
10、(6)纹理自动映射,将保存的纹理 数据映射到表面模型上,生成具有真实纹理的逼真的三维模型( 7)工业零件孔距精确测量, 对扫描得到的工业零件点云数据直接进行孔距、孔半径、直径等的精确测量。(8)工业零件 圆柱、球体等 3D 特征拟合,精确拟合工业零件上的圆柱、球体等 3D 特征,并对球体半径、 圆柱半径、圆柱高等进行精确测量。(9)三维模型断面线提取,建模完成后可对模型断面线 进行提取。 _ 相机标定软件 WMCali WMCali 软件主要功能在于对相机的内外参数进行计算,生成包含相机内外参数的文件提 供给 ZGTex 进行调用。 _ 高分辨率影像配准软件 WMTex WMTex 软件主要功
11、能在于同步影像配准单反数码相机拍摄的高清影像,根据高清影像生 成无缝纹理模型。该模块自动化程度高,稳定可靠,是对模型进行高质量纹理重建的关键步 骤。 1.3 作业流程 使用 WMJJ 3D扫描系统进行三维重建时,首先要使用点云扫描软件 Scan 得到点云数 据,然后将扫描得到的点云数据导入到后处理软件 Work 中进行编辑(包括法向计算、粗 差点剔除等)、拼接、融合、构网建模、模型简化、纹理映射等,得到所需的三维模型数据, 再由 Tex 进行高分辨率纹理影像配准,最终得到具有高清纹理影像的模型,大致流程如图 1-1 所示: - 3 -微目近景摄影三维扫描系统扫描仪扫描 获取点云数据 基于旋转平
12、台的拼接基于人工干预的拼接拼接好的三维点云 融合成整体的三维点云 构网建模 建立整体三维表面模型 模型简化 建立简化的整体三维表面模型 纹理自动映射 建立整体带纹理的三维表面模型 高分辨率纹理影像匹配 建立高清纹理影像模型 图 1-1 WMJJ 3D扫描系统常规作业流程 - 4 -微目近景摄影三维扫描系统1.4 常用专业术语 本指南中涉及到的一些常用专业术语,解释如下: 扫描(scan):对物体表面的一次测量(包括摄影、三维坐标计算等),测量结果是从物体可 见表面上获取的密集的三维点的坐标。 点云(Point Cloud):大量三维点的集合。 拼接(Registration):将不同角度获取的
13、点云数据,综合到一个统一的坐标系下。一般需要 指定一个基准点云,以此点云的坐标系作为基准坐标系,然后指定拼接点云,通过运算将拼 接点云经过旋转平移,转到基准坐标系下,与基准点云最好的吻合。 融合(Merge):将分散的多片点云组合成一片。一般在拼接结束后进行该操作。 简化(Simplification):对模型数据按一定的规则进行抽稀,少数据量。 纹理映射(Texture Mapping):将图像纹理与几何模型进行配准,即将影像(纹理)贴在几 何模型的表面。该操作的结果一般是,计算出每个三维点对应的纹理以及纹理坐标。 构网建模(Modeling):建立点云中点与点之间的连接关系,构成连接网,一
14、般以三角形网 最为常见。 标定(Calibration):利用一定的方法,基于一定的数学模型,计算设备参数的过程。本系 统中涉及相机和旋转平台的标定。 法向(Normal):也称为法线方向,是表面(曲面或平面)上某点处,垂直该表面的方向, 其中垂直表面的矢量称为法线,法向也就是法线的方向,通常法线方向朝向物体外侧。 平面度(Planeness Error):也称为平面误差,是指被测实际表面相对其理想平面的变动量。 同名点(Correspondence Points):也称为共轭点、对应点,在拼接操作中,两片点云中对 应同一物方点的点,即为同名点,比如两片点云中都各有一个点对应物方的某个点(如鼻
15、子 尖),那么这两个点就是同名点。 - 5 -微目近景摄影三维扫描系统第二部分 WMJJ 3D 扫描系统硬件安装及操作 本部分主要介绍 WMJJ 3D 扫描系统硬件构成、硬件安装、各部分硬件操作规范及注意 事项等。 - 6 -微目近景摄影三维扫描系统第 2 章 硬件构成 WMJJ 3D 扫描系统硬件如表 1 所示: 表 1 ZGScan 三维量测系统硬件清单 名称数量备注1 扫描仪(包含投影仪、1 套配电源线一条、16pin 串口线一条、并口相机及镜头)RS232 串口线一条2 三脚架1 套3 云台1 套4 电动旋转平台(*)1 套叉口 RS232 串口线一条5 平面标定板1 块尺寸 260m
16、m*220mm*5mm6 圆柱标定块(*)1 块尺寸75mm*160mm7 保护箱1 套尺寸 650mm*500mm*330mm8 卷尺1 个9 显影剂(*)1 瓶喷涂于部分物体表面(必要时)注:表中带(*)号的为选配,其余为标准配置 硬件构成如图 2-1 所示: 图 2-1WMJJ 3D 扫描仪硬件及配件构成图(仅供参考,以实物为准) 用户收到之后请务必和清单进行校对,本公司技术人员负责将图 2-1 所示的配件安装好 并在软件中进行相机标定、旋转平台标定等参数设定,用户只需登记检查即可。安装好的硬 件如图 2-2 所示: 用户若需要自行进行调整,可参考以下章节内容操作进行硬件部分的调整,若有
17、任何问 题,请及时联系我们。 - 7 -微目近景摄影三维扫描系统图 2-2 安装完成后系统硬件部分 - 8 -微目近景摄影三维扫描系统第 3 章 支架操作说明 WMJJ 3D 扫描仪的支架部分包括三脚架和云台,用于支撑三维扫描仪,用户可通过调 整三脚架的高度、角度以及云台的方向来调整测量的距离和角度,调整过程请务必按照以下 的操作规范进行操作。 3.1 三脚架操作规范 打开三脚架,保持三脚架的平稳,如图 3-1 所示: 图 3-1 打开三脚架3.1.1 角度调节用户可利用外拔式角度调节机构来调节三脚架打开的角度,该机构分高中低三个档,分 别如图 3-2、图 3-3、图 3-4 所示。 图 3-
18、2 高角度 - 9 -微目近景摄影三维扫描系统 图 3-3 中角度 图 3-4 低角度 外拔式角度调节机构是通过拉扣来进行调节的,调整过程中请先按图 3-5 拉开拉扣, 调整到需要的角度后,再按图 3-6 所示压紧拉扣。 图 3-5 拉开拉扣图 3-6 压紧拉扣注意:调整好后请务必保持拉扣处于压紧状态,以防滑倒等意外情况发生。 3.1.2 中杆调节 按图 3-7 所示松开中杆安全掣,按图 3-8 所示升降中杆到需要的高度,然后紧锁中杆安 全掣。 - 10 -微目近景摄影三维扫描系统图 3-7 松开中杆安全掣图 3-8 升降中杆,紧锁中杆安全掣注意:中杆安全掣处于松开状态时,需托住上面的物体,以
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