针对超高速垂直撞击坑形貌的双目多线激光三维测量技术研究.pdfVIP

摘要

超高速撞击的研究对于避免或减弱地球受到地外天体的灾难性撞击以及航天

器防护等方面具有着重要的意义。在地面进行撞击实验，是研究超高速撞击的重要

途径。本文将双目多线激光的三维测量技术应用到地面模拟实验中超高速撞击成

坑最终形貌的三维测量中，实现可行的双目多线激光三维测量系统，为超高速撞击

成坑过程和成坑机制的研究提供相关理论基础和数据支持。本文主要研究内容如

下：

（1）搭建双目多线激光三维测量系统并对系统进行标定。从双目多线激光三维

测量算法的硬件需要出发，选择多线激光器与两台相机共同构成双目多线激光三

维测量系统，为基于超高速撞击成坑过程和最终形貌的多线激光的三维测量方案

提供硬件基础；完成双目多线激光三维测量系统的标定，包括对多线激光器发出的

多个激光平面的标定和对左右相机构成的双目立体视觉系统的标定。

（2）设计并应用双目多线激光三维测量系统立体匹配和位姿拼接算法。将多线

激光器产生的多线激光映射到被测目标，使用双目相机拍摄被测目标得到多线激

光条纹图像，设计多线激光条纹双目立体匹配算法寻找左右多线激光条纹图像中

的同名激光点；使用基于标志点的位姿拼接算法找到动态扫描过程中局部位姿坐

标系与全局位姿坐标系的空间变换关系，最终获得超高速撞击最终形貌的三维测

量数据。

（3）设计基于光学追踪的点云拼接方法。使用两个编码标靶，对激光扫描装置

和追踪标靶先后完成位姿初标定和位姿优化，获得激光扫描装置和追踪标靶更为

精准的结构关系。在动态扫描过程中，使用追踪装置定位激光扫描装置在全局坐标

系下的位姿，找到动态扫描过程中局部位姿坐标系与全局位姿坐标系的空间变换

关系以统一坐标，实现无需粘贴标志点的位姿拼接方法。

关键字：多线激光，双目视觉，立体匹配，光学追踪

ABSTRACT

Thestudyofhypervelocityimpactsisofgreatsignificanceinavoidingorattenuating

catastrophicimpactsontheEarthfromextraterrestrialbodiesandinspacecraftprotection.

Impactexperimentsonthegroundareanimportantwaytostudyhypervelocityimpacts.

Inthispaper,thethree-dimensionalmeasurementtechnologyofbinocularmulti-linelaser

isappliedtothethree-dimensionalmeasurementofthefinalmorphologyofultra-high-

speedimpactcraterinthegroundsimulationexperimenttorealizethefeasiblethree-

dimensionalmeasurementsystemofbinocularmulti-linelaser,andtoprovidethe

theoreticalbasisanddatasupportfortheresearchontheprocessofultra-high-speed

impactcrateringandthemechanismofcratering.Themainresearchcontentsofthispaper

areasfollows:

(1)Buildabinocularmulti-linelaser3Dmeasurementsystemandcalibratethe

system.Startingfromthehardwareneedsofthebinocularmulti-linelaserthree-

dimensionalmeasurementalgorithm,themulti-linelaserandtwocamerasar