一种室内自定位三维扫描方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种室内自定位三维扫描方法及系统，其方法包括获取室内墙壁上标志反光点在第一坐标系的坐标，获取跟踪扫描仪中跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息；获取标志反光点在跟踪相机中的成像点位置，获取立体相机扫描目标物体形成的扫描点在第二坐标系的坐标；确定扫描点在第一坐标系的坐标，并在第一坐标系下对扫描点进行融合；如此重复直至完成对目标物体的整体扫描，得到不同扫描点在第一坐标系的坐标的融合结果，并根据不同扫描点对应的融合结果在第一坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型。本发明专利技术的扫描方法可避免在物体表面粘贴标志点，实现全方位，高精度、高效、便捷的三维重建，并且室内测量场景可以重复使用。

Indoor self positioning 3D scanning method and system

The invention relates to an indoor self-positioning three-dimensional scanning method and system. The method includes acquiring the coordinates of the marking reflecting point on the indoor wall in the first coordinate system, acquiring the position and attitude information of the tracking camera and the stereo camera in the second coordinate system in the tracking scanner, acquiring the position of the marking reflecting point in the tracking camera, and acquiring the position of the imaging point of the marking reflecting point in the tracking camera. Take the coordinates of the scanning points formed by the stereo camera scanning the object in the second coordinate system; determine the coordinates of the scanning points in the first coordinate system, and fuse the scanning points in the first coordinate system; repeat until the whole scanning of the object is completed, and get the fusion results of the coordinates of different scanning points in the first coordinate system. According to the fusion results of different scanning points, the surface of the target object is constructed in the first coordinate system, and the three-dimensional model of the target object is generated. The scanning method of the invention can avoid sticking mark points on the surface of objects, realize omni-directional, high precision, high efficiency and convenient three-dimensional reconstruction, and indoor measurement scenes can be reused.

【技术实现步骤摘要】
一种室内自定位三维扫描方法及系统
本专利技术涉及光学扫描
，尤其涉及一种室内自定位三维扫描方法及系统。
技术介绍
三维光学扫描仪已经能够便捷地解决大部分表面纹理匮乏的物体的高精测量工作，但是其必须在待测物体表面粘贴大量分布均匀的反光标志点用于扫描中的帧拼接，而在每个待测物体表面粘贴标志点过程繁琐，花费大量的时间，加大了扫描测量的工作量。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种室内自定位三维扫描方法及系统。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种室内自定位三维扫描方法，包括如下步骤：步骤1：获取室内墙壁上标志反光点在第一坐标系的坐标，获取跟踪扫描仪中跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息；步骤2：所述跟踪相机对所述标志反光点进行成像,获取所述标志反光点在所述跟踪相机中的成像点位置，所述立体相机对目标物体进行扫描，并根据所述立体相机在第二坐标系的位姿信息确定所述立体相机扫描所述目标物体形成的扫描点在第二坐标系的坐标；步骤3：根据所述跟踪相机在第二坐标系的位姿信息、标志反光点在所述跟踪相机中的成像点位置、标志反光点在第一坐标系的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标确定所述扫描点在第一坐标系的坐标，并在第一坐标系下对所述扫描点进行融合；步骤4：重复上述步骤2和步骤3，直至完成对所述目标物体的整体扫描，得到不同扫描点在第一坐标系的坐标的融合结果，并根据不同扫描点在第一坐标系的坐标融合结果在第一坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型；其中，所述第一坐标为以室内墙壁上的至少四个标志反光点构建的三维坐标系，所述第二坐标系为以所述跟踪扫描仪为中心构建的三维坐标系。本专利技术的有益效果是：本专利技术的室内自定位三维扫描方法，通过所述扫描仪的跟踪相机和立体相机分别对所述标志反光点和目标物体进行扫描，获取标志反光点的成像点位置和扫描点在第二坐标系的坐标，进而结合立体相机在第二坐标系的位姿信息和标志反光点在第一坐标系的坐标确定扫描点在第一坐标系的坐标，从而在第一坐标系中构面目标物体表面，并生成目标物体的三维模型，可避免在物体表面粘贴大量标志点，实现全方位，高精度、高效、便捷的三维重建，并且室内测量场景可以重复使用。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进：进一步：所述步骤1中，所述获取跟踪扫描仪中跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息具体包括：利用所述反光标志点在第一坐标系的坐标对所述跟踪扫描仪的跟踪相机和立体相机分别进行标定，得到所述跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息。上述进一步方案的有益效果是：通过对所述扫描仪中跟踪相机和立体相机进行标定，可以确定所述扫描仪的参数信息，比如扫描仪的镜头基线长度和内外参数，从而可根据所述扫描仪的参数计算出扫描仪中跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息，便于后续根据所述立体相机在第二坐标系的位姿信息确定所述立体相机在目标物体上形成的扫描点在第二坐标系的坐标。进一步：所述步骤3具体包括：步骤31：根据所述跟踪扫描仪中的跟踪相机在第二坐标系的位姿信息、标志反光点在跟踪扫描仪的跟踪相机中的成像点位置、标志反光点在第一坐标系中的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标确定扫描点在第一坐标系的坐标；步骤32：将第一坐标系所在立体空间进行网格化，使得目标物体上的扫描点落入对应的网格；步骤33：对第一坐标系的扫描点进行融合，根据所述扫描点在第一坐标系的坐标计算每一个网格中心点到物体表面最近扫描点的近似有向距离。上述进一步方案的有益效果是：通过所述跟踪相机在第二坐标系的位姿信息、标志反光点在跟踪相机中的成像点位置和标志反光点在第一坐标系中的坐标可以准确的计算出所述扫描点在第一坐标系的坐标，从而便于根据所述扫描点在第一坐标系的坐标在所述第一坐标系中的融合结果构建目标物体表面，生成目标物体三维模型，得到精确的扫描结果。进一步：所述步骤31具体包括：步骤311：根据所述标志反光点在第一坐标系的坐标和标志反光点在跟踪扫描仪的跟踪相机中的成像点位置，利用后方交会算法确定所述跟踪扫描仪中的跟踪相机在第一坐标系中的位姿信息；步骤312：根据所述扫跟踪描仪中跟踪相机在第一坐标系中的位姿信息和所述跟踪扫描仪中的跟踪相机在第二坐标系的位姿信息确定所述第一坐标系和第二坐标系之间的坐标转换关系；步骤313：根据所述坐标转换关系将所述扫描点在第二坐标系中的坐标转换到第一坐标系中，得到扫描点在第一坐标系的坐标。上述进一步方案的有益效果是：通过所述标志反光点在第一坐标系的坐标和标志反光点在跟踪相机中的成像点位置可以准确的计算所述跟踪相机在第一坐标系中的位置姿态信息，进而可以根据跟踪相机在第一坐标系中的位置姿态信息和跟踪相机在第二坐标系中的位置姿态信息确定第一坐标系和第二坐标系之间的坐标变换关系，从而可以准确的确定扫描点在第一坐标系的坐标，便于在根据所述扫描点在第一坐标系的坐标得到精确的扫描结果。进一步：所述步骤4中，所述在第一坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型具体包括：步骤41：根据不同网格中心点到物体表面最近扫描点的所述近似有向距离构建位于对应网格内的目标物体子表面；步骤42：根据所有网格对应的所述目标物体子表面生成目标物体表面，生成目标物体三维模型。上述进一步方案的有益效果是：通过所述近似有向距离，可以在每个网格内构建所述目标物体对应的表面区域，从而可以最终形成目标物体的三维模型创建，形成精确的扫描结果，快速高效，并且适用范围较广。本专利技术还提供了一种室内自定位三维扫描系统，包括摄影测量组件、跟踪扫描仪和主控制器；所述摄影测量组件，用于获取室内墙壁上标志反光点在第一坐标系的坐标；所述跟踪扫描仪，包括跟踪相机和两个立体相机，所述跟踪相机用于对所述标志反光点进行扫描,获取所述标志反光点在跟踪相机中的成像点位置，所述立体相机用于对目标物体进行扫描；所述主控制器，用于获取扫描仪中跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息，根据所述立体相机在第二坐标系的位姿信息确定所述立体相机扫描所述目标物体形成的扫描点在第二坐标系的坐标，并根据所述扫描仪中跟踪相机在第二坐标系的位姿信息、标志反光点在跟踪扫描仪的跟踪相机中的成像点位置、标志反光点在第一坐标系的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标确定所述扫描点在第一坐标系的坐标，并在第一坐标系下对所述扫描点进行融合，如此重复，直至完成对所述目标物体的整体扫描，得到不同扫描点在第一坐标系的坐标的融合结果，并根据不同扫描点在第一坐标系的坐标融合结果在第一坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型；其中，所述第一坐标为以室内墙壁上的至少四个标志反光点构建的三维坐标系，所述第二坐标系为以所述跟踪扫描仪为中心构建的三维坐标系。本专利技术的室内自定位三维扫描系统，通过所述扫描仪的跟踪相机和立体相机分别对所述标志反光点和目标物体进行扫描，获取标志反光点的成像点位置和扫描点在第二坐标系的坐标，进而结合立体相机在第二坐标系的位姿信息和标志反光点在第一坐标系的坐标确定扫描点在第一坐标系的坐标，从而在第一坐标系中构面目标物体表面，并生成目标物体的三维模型，可避免在物体表面粘贴大量标志点，实现全方位，高精度、高效、便捷的三维重建，并且室内测量场景可以重复使用。在上述技术方案的基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种室内自定位三维扫描方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：获取室内墙壁上标志反光点在第一坐标系的坐标，获取跟踪扫描仪中跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息；步骤2：所述跟踪相机对所述标志反光点进行成像,获取所述标志反光点在所述跟踪相机中的成像点位置，所述立体相机对目标物体进行扫描，并根据所述立体相机在第二坐标系的位姿信息确定所述立体相机扫描所述目标物体形成的扫描点在第二坐标系的坐标；步骤3：根据所述跟踪相机在第二坐标系的位姿信息、标志反光点在所述跟踪相机中的成像点位置、标志反光点在第一坐标系的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标确定所述扫描点在第一坐标系的坐标，并在第一坐标系下对所述扫描点进行融合；步骤4：重复上述步骤2和步骤3，直至完成对所述目标物体的整体扫描，得到不同扫描点在第一坐标系的坐标的融合结果，并根据不同扫描点在第一坐标系的坐标融合结果在第一坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型；其中，所述第一坐标为以室内墙壁上的至少四个标志反光点构建的三维坐标系，所述第二坐标系为以所述跟踪扫描仪为中心构建的三维坐标系。

【技术特征摘要】
1.一种室内自定位三维扫描方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：获取室内墙壁上标志反光点在第一坐标系的坐标，获取跟踪扫描仪中跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息；步骤2：所述跟踪相机对所述标志反光点进行成像,获取所述标志反光点在所述跟踪相机中的成像点位置，所述立体相机对目标物体进行扫描，并根据所述立体相机在第二坐标系的位姿信息确定所述立体相机扫描所述目标物体形成的扫描点在第二坐标系的坐标；步骤3：根据所述跟踪相机在第二坐标系的位姿信息、标志反光点在所述跟踪相机中的成像点位置、标志反光点在第一坐标系的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标确定所述扫描点在第一坐标系的坐标，并在第一坐标系下对所述扫描点进行融合；步骤4：重复上述步骤2和步骤3，直至完成对所述目标物体的整体扫描，得到不同扫描点在第一坐标系的坐标的融合结果，并根据不同扫描点在第一坐标系的坐标融合结果在第一坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型；其中，所述第一坐标为以室内墙壁上的至少四个标志反光点构建的三维坐标系，所述第二坐标系为以所述跟踪扫描仪为中心构建的三维坐标系。2.根据权利要求1所述的室内自定位三维扫描方法，其特征在于，所述步骤1中，所述获取跟踪扫描仪中跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息具体包括：利用所述反光标志点在第一坐标系的坐标对所述跟踪扫描仪的跟踪相机和立体相机分别进行标定，得到所述跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息。3.根据权利要求1所述的室内自定位三维扫描方法，其特征在于：所述步骤3具体包括：步骤31：根据所述跟踪相机在第二坐标系的位姿信息、标志反光点在所述跟踪相机中的成像点位置、标志反光点在第一坐标系中的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标确定扫描点在第一坐标系的坐标；步骤32：将第一坐标系所在立体空间进行网格化，使得目标物体上的扫描点落入对应的网格；步骤33：对第一坐标系的扫描点进行融合，根据所述扫描点在第一坐标系的坐标计算每一个网格中心点到物体表面最近扫描点的近似有向距离。4.根据权利要求3所述的室内自定位三维扫描方法，其特征在于：所述步骤31具体包括：步骤311：根据所述标志反光点在第一坐标系的坐标和标志反光点在所述跟踪相机中的成像点位置，利用后方交会算法确定所述跟踪相机在第一坐标系中的位姿信息；步骤312：根据所述跟踪相机在第一坐标系中的位姿信息和所述跟踪相机在第二坐标系的位姿信息确定所述第一坐标系和第二坐标系之间的坐标转换关系；步骤313：根据所述坐标转换关系将所述扫描点在第二坐标系中的坐标转换到第一坐标系中，得到扫描点在第一坐标系的坐标。5.根据权利要求3所述的室内自定位三维扫描方法，其特征在于：所述步骤4中，所述在第一坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型具体包括：步骤41：根据不同网格中心点到物体表面最近扫描点的所述近似有向距离构建位于对应网格内的目标物体子表面；步骤42：根据所有网格对应的所述目标物体子表面生成目标物体表面，生成目标物体...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑顺义，王晓南，成剑华，朱锋博，
申请(专利权)人：武汉中观自动化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42