建立现实世界空间的三维数字模型,是一项极具挑战性的多学科交叉的前沿性研究课题。涉及到现代测量仪器、计算机视觉、智能系统等多个领域,并广泛的应用于数字城市、地理信息系统(GIS)、医学工程、虚拟现实、工业设计与制造、文物保护、机器人导航等各个行业。 本文设计并实现了一种快速的可移动式三维建模成像系统,具有非接触性,实时采集并3D成像的特点。尤其是在移动扫描过程中,不需要对扫描仪的姿态和位置进行精确控制,非常适用于对各种复杂场景进行动态的三维建模与成像。 设计中利用激光测距技术,可以进行大范围、远距离的非接触式的实时测量,在此测量基础上,设计了一种分步式串级滤波的方法。该方法简化了系统模型,降低了状态维数,是一种易于构建并且实现实时的滤波算法。 扫描仪与惯性测量元件固联于移动平台,通过INS/GPS数据融合滤波,系统对移动平台的实时姿态和位置进行最优估计。根据INS移动平台与测量环境的相对运动,对激光扫描的2D信息进行3D拓展,建立起现实世界环境的3D空间数字模型。对3D点云模型的再滤波则充分考虑了各种误差的关联影响,进一步减小建模误差,并且可以用多种算法非常方便地实现。 本文构建的系统另一个特点,是在采集数据建立数字模型后,可以实时地进行三维观察成像,还可以对数字模型进行各种旋转、平移、放缩变形等操作,并直观形象地表现出复杂场景。 对实验结果的分析,说明本文设计的算法具有良好的可行性,而INS移动平台的设计,彻底摆脱了常规建模系统对扫描仪姿态和位置需要精确控制的依赖,并且可以非常方便的装载于车辆、飞行器等移动设施,进行远程动态扫描建模与成像。