三维扫描方法和三维扫描设备技术

本公开涉及一种三维扫描设备和三维扫描方法，该三维扫描设备包括：至少两个图像采集传感器，用于采集待测物体表面的图像；双目视觉测量计算器，用于对所述图像中待测物体表面特征进行三维重建；全局误差控制计算器，用于对所述图像中待测物体表面特征进行计算；比例尺计算器，用于基于所述双目视觉测量计算器和所述全局误差控制计算器输出的三维数据集，确定比例尺，以还原待测物体。本公开实施例提供的技术方案，将摄影测量和三维扫描一体化，无需编码点和高成本且占用较大空间的比例尺实物，从而在可控制全局误差的同时，降低整体解决方案的成本和复杂度，使得三维扫描设备的结构简单，便于携带。便于携带。便于携带。

【技术实现步骤摘要】
三维扫描方法和三维扫描设备


[0001]本公开涉及三维扫描
，尤其涉及一种三维扫描方法和三维扫描设备。

技术介绍

[0002]光学三维扫描系统是常用的快速三维测量设备，在工业检测领域，光学三维扫描正逐渐成为主流的检测技术手段。工业光学三维扫描技术按扫描方式主要分两大类：固定式三维扫描和手持式三维扫描。其中，固定式三维扫描的优点是面阵扫描，单帧扫描可得整个可见区域的三维数据，单次测量效率较高，测量精度较高；其缺点是固定式三维扫描设备通常笨重、使用不便捷及人工操作体验不佳。手持式三维扫描的优点是操作灵活便捷，更加适用于各种形状、尺寸的工件测量，特别是采用激光光源的手持式三维扫描设备还具有很好的复杂光照、材质、颜色等适应性。
[0003]随着工业制造水平和品控需求的日益提升，三维扫描技术也在迅速发展，不断提升扫描精度是该
关注的焦点之一。目前已有的激光三维扫描设备在大部分小型工件扫描应用领域扫描精度相对可靠，但面向大型工件扫描时由于技术原理所限导致累积误差较大，难以独立完成扫描任务或满足精度指标，通常需要搭配其它全局误差控制测量设备，如摄影测量系统，即使用编码点、标尺、标记点采用多视几何原理获取标记点构成的物体框架坐标以控制全局误差，大幅增加了整体解决方案的成本和复杂度。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种三维扫描方法和三维扫描设备。
[0005]本公开提供了一种三维扫描设备，包括：
[0006]至少两个图像采集传感器，用于采集待测物体表面的图像；
[0007]双目视觉测量计算器，用于对所述图像中待测物体表面特征进行三维重建；
[0008]全局误差控制计算器，用于对所述图像中待测物体表面特征进行计算；
[0009]比例尺计算器，用于基于所述双目视觉测量计算器和所述全局误差控制计算器输出的三维数据集，确定比例尺，以还原待测物体。
[0010]在一些实施例中：所述图像采集传感器用于在摄影测量阶段，在第一工作距离下采集待测物体表面的图像；
[0011]所述图像采集传感器还用于在三维扫描阶段，在第二工作距离下采集待测物体表面的图像；
[0012]其中，所述第二工作距离小于或等于所述第一工作距离。
[0013]在一些实施例中，所述双目视觉测量计算器，用于在所述摄影测量阶段，对采集到的图像中的标记点进行三维重建，确定第一坐标集；以及用于在所述三维扫描阶段，对采集到的图像进行三维重建，确定第四坐标集及点云数据；
[0014]所述全局误差控制计算器，用于在所述摄影测量阶段，对采集到的图像中的标记
点进行摄影测量稀疏光束法平差计算，获得第二坐标集。
[0015]在一些实施例中，所述比例尺计算器包括比例尺估算计算器和比例尺优化计算器；所述比例尺包括第一比例尺和第二比例尺；
[0016]所述比例尺估算计算器用于基于所述第一坐标集和所述第二坐标集，确定第一比例尺；
[0017]基于所述第二坐标集和所述第一比例尺确定第三坐标集；
[0018]所述比例尺优化计算器用于基于所述第四坐标集和所述第三坐标集，确定第二比例尺；
[0019]基于所述第三坐标集和所述第二比例尺确定标记点坐标集。
[0020]在一些实施例中，该三维扫描设备还包括图案投影器；
[0021]所述图案投影器用于在所述三维扫描阶段，将结构光图案投射至待测物体表面；
[0022]所述双目视觉测量计算器还用于对采集到的所述图像中的所述结构光图像进行三维重建，得到点云数据。
[0023]在一些实施例中，该三维扫描设备还包括标记点编码器；
[0024]所述标记点编码器用于对标记点进行编码，编码的所述标记点用于实现同名标记点的对比和身份识别。
[0025]在一些实施例中，所述标记点编码器用于采用多点空间结构编码方式对所述标记点进行编码。
[0026]本公开还提供了一种三维扫描方法，由上述任一种三维扫描设备执行，该三维扫描方法包括：
[0027]至少两个图像采集传感器采集待测物体表面的图像；
[0028]双目视觉测量计算器对所述图像中待测物体表面特征进行三维重建；
[0029]全局误差控制计算器对所述图像中待测物体表面特征进行计算；
[0030]比例尺计算器基于所述双目视觉测量计算器和所述全局误差控制计算器输出的三维数据集，确定比例尺，以还原待测物体。
[0031]在一些实施例中，所述至少两个图像采集传感器采集待测物体表面的图像包括：
[0032]在摄影测量阶段，所述图像采集传感器在第一工作距离下采集待测物体表面的图像；
[0033]在三维扫描阶段，所述图像采集传感器在第二工作距离下采集待测物体表面的图像；
[0034]其中，所述第二工作距离小于或等于所述第一工作距离。
[0035]在一些实施例中，所述双目视觉测量计算器对所述图像中待测物体表面特征进行三维重建包括：
[0036]在所述摄影测量阶段，所述双目视觉测量计算器对采集到的图像中的标记点进行三维重建，确定第一坐标集；
[0037]在所述三维扫描阶段，所述双目视觉测量计算器对采集到的图像进行三维重建，确定第四坐标集及点云数据；
[0038]所述全局误差控制计算器对所述图像中待测物体表面特征进行计算包括：
[0039]在所述摄影测量阶段，所述全局误差控制计算器对采集到的图像中的标记点进行
摄影测量稀疏光束法平差计算，获得第二坐标集。
[0040]在一些实施例中，所述比例尺计算器包括比例尺估算计算器和比例尺优化计算器；所述比例尺包括第一比例尺和第二比例尺；所述比例尺计算器基于所述双目视觉测量计算器和所述全局误差控制计算器输出的三维数据集，确定比例尺，以还原待测物体包括：
[0041]所述比例尺估算计算器用于基于所述第一坐标集和所述第二坐标集，确定第一比例尺；
[0042]基于所述第二坐标集和所述第一比例尺确定第三坐标集；
[0043]所述比例尺优化计算器用于基于所述第四坐标集和所述第三坐标集，确定第二比例尺；
[0044]基于所述第三坐标集和所述第二比例尺确定标记点坐标集；
[0045]所述标记点坐标集用于拼接多帧所述点云数据。
[0046]在一些实施例中，所述第四坐标集中的至少部分坐标点在可信空间内，采用所述第四坐标集中的位于所述可信空间内的坐标点确定所述第二比例尺；
[0047]其中，所述可信空间为三维扫描设备的测量空间内的一空间棱锥台，所述空间棱锥台内的标记点满足：预设统计比例的所述标记点的对齐误差、反投影误差与摄影测量精度在同等量级。
[0048]在一些实施例中，所述三维扫描设备还包括图案投影器，所述三维扫描方法还包括：
[0049]在所述三维扫描阶段，所述图案投影器将结构光图案投射至待测物体表面；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维扫描设备，其特征在于，包括：至少两个图像采集传感器，用于采集待测物体表面的图像；双目视觉测量计算器，用于对所述图像中待测物体表面特征进行三维重建；全局误差控制计算器，用于对所述图像中待测物体表面特征进行计算；比例尺计算器，用于基于所述双目视觉测量计算器和所述全局误差控制计算器输出的三维数据集，确定比例尺，以还原待测物体。2.根据权利要求1所述的三维扫描设备，其特征在于：所述图像采集传感器用于在摄影测量阶段，在第一工作距离下采集待测物体表面的图像；所述图像采集传感器还用于在三维扫描阶段，在第二工作距离下采集待测物体表面的图像；其中，所述第二工作距离小于或等于所述第一工作距离。3.根据权利要求2所述的三维扫描设备，其特征在于：所述双目视觉测量计算器，用于在所述摄影测量阶段，对采集到的图像中的标记点进行三维重建，确定第一坐标集；以及用于在所述三维扫描阶段，对采集到的图像进行三维重建，确定第四坐标集及点云数据；所述全局误差控制计算器，用于在所述摄影测量阶段，对采集到的图像中的标记点进行摄影测量稀疏光束法平差计算，获得第二坐标集。4.根据权利要求3所述的三维扫描设备，其特征在于，所述比例尺计算器包括比例尺估算计算器和比例尺优化计算器；所述比例尺包括第一比例尺和第二比例尺；所述比例尺估算计算器用于基于所述第一坐标集和所述第二坐标集，确定第一比例尺；基于所述第二坐标集和所述第一比例尺确定第三坐标集；所述比例尺优化计算器用于基于所述第四坐标集和所述第三坐标集，确定第二比例尺；基于所述第三坐标集和所述第二比例尺确定标记点坐标集。5.根据权利要求2所述的三维扫描设备，其特征在于，还包括图案投影器；所述图案投影器用于在所述三维扫描阶段，将结构光图案投射至待测物体表面；所述双目视觉测量计算器还用于对采集到的所述图像中的所述结构光图像进行三维重建，得到点云数据。6.根据权利要求1所述的三维扫描设备，其特征在于，还包括标记点编码器；所述标记点编码器用于对标记点进行编码，编码的所述标记点用于实现同名标记点的对比和身份识别。7.根据权利要求6所述的三维扫描设备，其特征在于，所述标记点编码器用于采用多点空间结构编码方式对所述标记点进行编码。8.一种三维扫描方法，其特征在于，应用权利要求1-7任一项所述的三维扫描设备执行，所述三维扫描方法包括：至少两个图像采集传感器采集待测物体表面的图像；双目视觉测量计算器对所述图像中待测物体表面特征进行三维重建；
全局误差控制计算器对所述图像中待测物体表面特征进行计算；比例尺计算器基于所述双目视觉测量计算器和所述全局误差控制计算器输出的三维数据集，确定比例尺，以还原待测物体。9.根据权利要求8所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜华，董伟超，李仁举，
申请(专利权)人：杭州天远三维检测技术有限公司，
类型：发明
国别省市：