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三维高精度光学定位技术及其临床应用

吴剑  
【摘要】:论文第一部份主要讲述了对动点的三维坐标获取技术和应用,在对基于多个线性CCD相机三维定位原理分析的基础上,研制了一套能对空间多个光点进行高精度、实时光学定位的三维定位系统,并在临床骨科固定架的稳定性分析中得到了应用。主要成果是:[1]将直接线性变换(DLT)方法用于线性CCD相机对标志点的三维坐标重建中,并论证了有效线性CCD相机内外方位元素是7个,与DLT方程中的7个L系数相等,这样就不会引起了坐标变换中旋转矩阵向量非正交而引入坐标重建的误差;[2]提出并制作了采用单片柱面透镜和双高斯型透镜组合作为线性CCD相机的镜头,从而实现三维定位系统大视场、高分辨率的光学成像要求;[3]独立研制开发了一套实用的高精度、实时光学定位系统,完成系统的软硬件开发;并自行研制开发了一套能对多种类型线性CCD驱动的电路驱动板,既能用于三维定位系统的线性CCD相机又能用于彩色线性CCD相机的驱动;[4]三维定位系统应用于骨科固定架的稳定性检测,弥补生物力学试验机无法测量标本中间空间几何位置变化的缺陷。 论文第二部分则详细探讨了静态物体表面点元多模式信息获取和融合技术以及系统的研制。主要成果是:[1]研制了一套采用激光测距仪和彩色线性CCD相机同步获取目标表面三维信息、反射率信息和彩色RGB信息的三维扫描系统;[2]从硬件上实现了目标表面点元在水平方向上的多模式信息配准,将点元的多模式信息配准简化到只需处理一维(线)图像之间的点对点配准;[3]提出了激光扫描平面和彩色线性CCD相机拍摄平面共面校正的方法;[4]完成多模式信息配准后的目标表面三维重建及其显示。 综上所述,论文完成了多点的空间三维位置的高精度和实时定位技术的研究和系统开发,以及对静态目标表面点元海量多模式数据的获取和融合技术的研究和系统开发,对于光学三维测量技术的发展有较大的意义。


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