基于点云数据的空间扫描方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于点云数据的空间扫描方法及系统，方法包括：通过位于扫描设备上的第一数据捕捉模块获取待扫描空间的周围环境信息；通过第二数据捕捉模块采集扫描设备的移动数据；通过第三数据捕捉模块采集扫描设备周围的图片信息；对第三数据捕捉模块采集的图片信息进行实时拼接，生成对齐后的数据；通过第四数据捕捉模块采集扫描设备周围的数据，并根据第四数据捕捉模块采集的数据创建点云数据；将获取的周围环境信息、对齐后的数据和点云数据进行整合，以生成待扫描空间的复合视图。本发明专利技术不受人工扫描方式检测范围和采集数据的限制，效率高，扫描精度高，且实现了多个扫描数据的整合，实时性好。本发明专利技术可广泛应用于环境扫描领域。

Space scanning method and system based on point cloud data

The invention discloses a space scanning method and system based on the point cloud data. The method includes: obtaining the surrounding environment information of the space to be scanned through the first data capture module on the scanning device, collecting the moving data of the scanning device through the second data capture module, and collecting and scanning through the third data capture module. The picture information around the equipment; splicing the picture information collected by the third data capture module in real time, generating the aligned data, collecting the data around the scanning device through the fourth data capture module, and creating the data of the point cloud based on the data collected by the fourth data capture module; After that, the data and point cloud data are integrated to create a composite view of the scanned space. The invention is not limited by the detection range and the acquisition data in the artificial scanning mode, has high efficiency, high scanning precision, and realizes the integration of multiple scanning data and has good real-time performance. The invention can be widely used in the field of environmental scanning.

【技术实现步骤摘要】
基于点云数据的空间扫描方法及系统
本专利技术涉及环境扫描领域，尤其是一种基于点云数据的室内环境空间扫描方法及系统。
技术介绍
近年来，激光技术、计算机技术发展迅速，环境扫描技术在环境识别、导航和定位等方面的应用也越来越广泛。以谷歌地球和谷歌街景为例，其能提供基于GPS定位信息的高精度360度全景照片，极大地方便了用户进行导航、路径规划等操作，其应用已扩展到与空间分布有关的诸多方面，如自然环境监测与分析、资源调查与开发、交通导航等。然而，目前的环境扫描技术大多针对的是室外环境，对室内环境的扫描方案较为少见。在数字城市、应急响应模拟与培训、数字文化遗产、展会等方面的巨大应用需求推动下，尤其在反恐、消防、展会、智慧楼宇等典型应用中，室内环境扫描技术获得的室内环境信息是不可或缺的基础数据。和室外不同，室内环境具有近距离、多转角、易遮挡、光照复杂、缺乏绝对定位等特点，高效、准确地获取室内环境信息是具有挑战性的课题。目前普遍使用的解决方案是通过使用扫描设备来对室内环境进行人工扫描，但此人工扫描方式的扫描效率低下(尤其是在大规模场景下的室内环境扫描，如在1万平方米的博物馆内进行环境扫描)且难以保证扫描精度。而且目前的人工扫描方式受检测范围和采集数据的限制，也无法进行多个扫描数据的整合，实时性较差。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于：提供一种效率高、精度高和实时性好的基于点云数据的空间扫描方法及系统。本专利技术所采取的第一技术方案是：基于点云数据的空间扫描方法，包括以下步骤：通过位于扫描设备上的第一数据捕捉模块获取待扫描空间的周围环境信息；通过第二数据捕捉模块采集扫描设备的移动数据；通过第三数据捕捉模块采集扫描设备周围的图片信息；对第三数据捕捉模块采集的图片信息进行实时拼接，生成对齐后的数据；通过第四数据捕捉模块采集扫描设备周围的数据，并根据第四数据捕捉模块采集的数据创建点云数据；将获取的周围环境信息、对齐后的数据和点云数据进行整合，以生成待扫描空间的复合视图。进一步，所述第一数据捕捉模块是用于不断获取周围环境信息的激光雷达传感器。进一步，所述第二数据捕捉模块包括多个里程计传感器。进一步，所述第三数据捕捉模块是多个摄像机传感器。进一步，所述第四数据捕捉模块是RGB-D摄像机。进一步，所述待扫描空间是室内空间。本专利技术所采取的第二技术方案是：基于点云数据的空间扫描系统，包括：第一数据捕捉模块，用于捕捉待扫描空间的周围环境信息；第二数据捕捉模块，用于捕捉扫描设备的移动数据；第三数据捕捉模块，用于捕捉扫描设备周围的图片信息；第四数据捕捉模块，用于创建待扫描空间周围的点云结构；处理器，用于从所述第一数据捕捉模块、第二数据捕捉模块、第三数据捕捉模块和第四数据捕捉模块接收数据，并整合所接收的数据，以生成待扫描空间的复合视图。进一步，所述扫描设备是自主或半自主机器人。进一步，所述第一数据捕捉模块是用于不断获取周围环境信息的激光雷达传感器。进一步，所述第二数据捕捉模块包括多个里程计传感器。进一步，所述第三数据捕捉模块是多个摄像机传感器。进一步，所述第四数据捕捉模块是RGB-D摄像机。本专利技术的有益效果是：本专利技术基于点云数据的空间扫描方法及系统，通过第一数据捕捉模块、第二数据捕捉模块、第三数据捕捉模块和第四数据捕捉模块分别采集环境信息、移动数据、图片信息和深度数据，然后进行实时数据拼接和点云数据创建，最后进行扫描数据的整合来生成空间环境的复合视图，不受人工扫描方式检测范围和采集数据的限制，效率高，扫描精度高，且实现了多个扫描数据的整合，实时性好。附图说明图1为本专利技术基于点云数据的空间扫描系统的一种具体实施例结构框图；图2为本专利技术空间扫描系统为机器人时的优选实施例结构示意图；图3为本专利技术处理器的一种内部结构框图；图4为本专利技术基于点云数据的空间扫描方法的一种具体实施例流程图。具体实施方式下面结合说明书附图和具体实施例对本专利技术作进一步解释和说明。参考图1，本实施例用于空间扫描的系统为机器人，该机器人可以是手动控制、自主控制或二者的组合，还可以使用移动应用来控制。如图1所示，该机器人包括第一数据捕捉模块102，第二数据捕捉模块104，第三数据捕捉模块106，第四数据捕捉模块108以及处理器110。进一步作为优选的实施方式，第一数据捕捉模块102可以是雷达RADAR或激光雷达LiDAR。其中，LiDAR更适合用来识别和获取与机器人距离较为接近的对象的信息。LiDAR可以被放置在机器人的顶部，以使机器人能够扫描整个环境的信息。第一数据捕捉模块102通过雷达RADAR或激光雷达LiDAR等发射的超声波或激光等信号后所接收的反射回的信号来获得环境的相应信息。进一步作为优选的实施方式，第二数据捕捉模块104可以是捕捉机器人的运动数据的里程计传感器(里程计传感器是测量机器人的轮子转动运行的传感器)。里程计传感器能够识别机器人已经移动了多远以及机器人经过的距离。此外，里程计传感器足以识别机器人的准确移动。进一步作为优选的实施方式，第三数据捕捉模块106由多个摄像机组成。例如，第三数据捕捉模块106至少有两个摄像机来捕捉机器人周围环境的图像信息。摄像机可以包括以球形视图方式捕捉数据的鱼眼镜头。优选地，第三数据捕捉模块106可包括4个朝向不同方向的摄像机，这4个摄像机能在同一时间捕捉机器人周围环境360度的图像信息。进一步作为优选的实施方式，第四数据捕捉模块108可以是RGB-D摄像机，TOF(飞行时间)摄像机，测距摄像机和闪光激光雷达中的任意一种。这里，为了便于理解和说明，第四数据捕捉模块108选择RGB-D摄像机。RGB-D摄像机是与RGB摄像机关联工作的特定类型的深度感测设备，能够以像素为基础获取具有深度信息的RGB图像。RGB-D摄像机可捕捉对象(物体或环境，图中未示出)的一个或多个图像以获得对象的360度视图。此外，在某些实施例中，RGB-D摄像机还可用来生成对象的三维扫描模型和三维扫描图像。此时RGB-D摄像机被配置来创建对象的点云。点云可以是坐标系统中的一系列数据点。在三维坐标系中，这些数据点可以由X，Y和Z坐标来定义，并且可以表示对象的外表面。进一步作为优选的实施方式，处理器110可以是具有各种硬件内部处理组件的独立处理器，或者处理器110的内部组件也可以由软件生成。处理器110也可以是多个处理器的集合，共同实现与上述独立处理器相同的功能。处理器110还可以用来实时对周围环境信息进行三维渲染。周围环境信息可以由处理器110通过将预设的模型数据，对齐后的图片(根据第三数据捕捉模块106的数据得到)和点云数据(根据第四数据捕捉模块108的数据得到)合并而成。其中，预设的模型数据，是指贴合扫描图片前的扫描模型(如几何体等常用模型)，也可称为“裸模”，其可预先设置或存储在数据库中。本实施例通过在裸模上的相应位置贴合上实时扫描的图片并配合优化等进一步处理来生成对象最终的三维扫描图像。参照图2，本实施例的机器人包括主框架202和多个支撑腿204。如图2所示，主框架202可包括第三数据捕捉模块106的多个摄像机。其中，主框架202可以由木材、金属、合金、塑料、橡胶和纤维中的任意一种或任意几种的组合构成。支撑腿204用于向机器人提供可达到和能够本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于点云数据的空间扫描方法，其特征在于：包括以下步骤：通过位于扫描设备上的第一数据捕捉模块获取待扫描空间的周围环境信息；通过第二数据捕捉模块采集扫描设备的移动数据；通过第三数据捕捉模块采集扫描设备周围的图片信息；对第三数据捕捉模块采集的图片信息进行实时拼接，生成对齐后的数据；通过第四数据捕捉模块采集扫描设备周围的数据，并根据第四数据捕捉模块采集的数据创建点云数据；将获取的周围环境信息、对齐后的数据和点云数据进行整合，以生成待扫描空间的复合视图。

【技术特征摘要】
2017.11.10 US 62/584,1331.基于点云数据的空间扫描方法，其特征在于：包括以下步骤：通过位于扫描设备上的第一数据捕捉模块获取待扫描空间的周围环境信息；通过第二数据捕捉模块采集扫描设备的移动数据；通过第三数据捕捉模块采集扫描设备周围的图片信息；对第三数据捕捉模块采集的图片信息进行实时拼接，生成对齐后的数据；通过第四数据捕捉模块采集扫描设备周围的数据，并根据第四数据捕捉模块采集的数据创建点云数据；将获取的周围环境信息、对齐后的数据和点云数据进行整合，以生成待扫描空间的复合视图。2.根据权利要求1所述的基于点云数据的空间扫描方法，其特征在于：所述第一数据捕捉模块是用于不断获取周围环境信息的激光雷达传感器。3.根据权利要求1所述的基于点云数据的空间扫描方法，其特征在于：所述第二数据捕捉模块包括多个里程计传感器。4.根据权利要求1所述的基于点云数据的空间扫描方法，其特征在于：所述第三数据捕捉模块是多个摄像机传感器。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新福，
申请(专利权)人：广东康云多维视觉智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44