一种标志点定位与智能反向定位混合的定位方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种标志点定位与智能反向定位混合的定位装置及方法，包括双目相机以及第三相机，第三相机的视野与双目相机的视野不完全重叠，双目相机的左相机与右相机之间设有激光器，双目相机、第三相机以及激光器分别与上位机信号连接；激光器用于发出激光投影，双目相机用于获取被扫描物体表面带有激光线和反光标志点的影像，所述第三相机用于获取周边环境中带有编码点以及标志点的影像；所述方法包括以下步骤：S1，标定各相机在不同扫描模式下的参数，并使得切换扫描模式时各相机的参数同步对应变换；S2，通过扫描场景判断并切换扫描模式为标志点模式或智能反向跟踪模式。本发明专利技术两种定位方式灵活切换，方便用户的使用。

【技术实现步骤摘要】
一种标志点定位与智能反向定位混合的定位方法和系统
本专利技术涉及三维扫描
，具体涉及一种标志点定位与智能反向定位混合的定位方法和系统。
技术介绍
随着高端智能制造的大力发展，各种高端智能制造技术不断涌现。传统的工业测量和检测技术难以满足智能制造的需求，所以应运而生了三维激光扫描仪。随着工业4.0的步伐，高端制造业的发展，对产品质量有更高的要求，因此对工业产品的测量和检测也有更高的要求，即对三维激光式的扫描仪也提出了新的需求。三维激光式的扫描仪的轻巧化、便携性、实时智能处理、良好的人机交互、自动化工作都是需要考虑的。目前市面上存在的高精度三维激光扫描仪类型主要分为几种：标志点跟踪式三维扫描、光学追踪式仪器结合3D球形扫描仪。前者标志点跟踪扫描，测量精度较高，存在问题为：需在物体表面粘贴标志点，灵活度不高；后者光学追踪式仪器结合3D球形扫描仪，解决物体表面不粘贴标志点的问题，但是精度有所下降，同时，需要光学跟踪仪器，并将激光扫描仪设计为球形，便于跟踪器跟踪，使用复杂度较高，同时精度相较贴点低。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种标志点定位与智能反向定位混合的定位装置和方法，两种定位方式灵活切换，解决被扫描物体表面需粘贴标志点和灵活度不高的问题，方便用户的使用，同时精度较高、使用简便、自动化程度高。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种标志点定位与智能反向定位混合的定位装置，包括双目相机以及第三相机，所述第三相机的视野与所述双目相机的视野不完全重叠，所述双目相机的左相机与右相机之间设有激光器，所述双目相机、所述第三相机以及所述激光器分别与上位机信号连接；所述激光器用于发出激光投影，所述双目相机用于获取被扫描物体表面带有激光线和反光标志点的影像，所述第三相机用于获取周边环境中带有反光编码点以及反光标志点的影像，所述上位机用于根据所述双目相机和/或所述第三相机获取的图像计算被扫描物体的表面点云数据。进一步，所述双目相机以及所述第三相机上均设有LED。基于上述装置，本专利技术还提供一种标志点定位与智能反向定位混合的定位方法，包括以下步骤：S1，标定各相机在不同扫描模式下的参数，并使得切换扫描模式时各相机的参数同步对应变换；S2，通过扫描场景判断并切换扫描模式为标志点模式或智能反向跟踪模式。进一步，所述步骤S2中，所述标志点模式，包括以下步骤：通过双目相机获取带有激光线以及标志点的影像，提取影像中激光线坐标信息以及标志点坐标信息，采用空间前方交会算法计算激光线的三维坐标并建立激光线点云，采用空间前方交会算法计算标志点的三维坐标并建立标志点集，通过激光线点云与标志点集建立标志点坐标系，将当前帧与之前所有帧影像标志点集的信息进行匹配，得到当前帧与之前帧影像之间的转换关系，将当前帧影像依次通过转换关系转换到标志点坐标系下，进行拼接，从而得到标志点坐标系下被扫描物体的表面点云数据。进一步，所述步骤S2中，所述智能反向跟踪模式，包括以下步骤：获取第三相机在左相机坐标系下的三维坐标，通过双目相机获取带有激光线的影像并提取激光线三维坐标信息，采用空间前方交会算法计算激光线在左相机坐标系中的三维坐标点；通过第三相机获取周边环境中带有编码点以及标志点的影像并提取标志点的坐标，通过后方空间交会算法计算出标志点在第三相机坐标系下的坐标，通过左相机在第三相机坐标系下的三维坐标以及标志点在第三相机坐标系下的坐标计算出左相机坐标系到第三相机坐标系的转换关系，通过转换关系将每帧影像的激光线三维坐标点从左相机坐标系转换到第三相机坐标系下完成拼接，得到第三相机坐标系下被扫描物体的表面点云。进一步，所述步骤S2中，由标志点模式切换到智能反向跟踪模式，包括：在过渡区域通过多帧数据计算标志点坐标系下激光点云到第三相机坐标系下激光点云之间的转换关系，通过转换关系将标志点坐标系下的激光点云转换到第三相机坐标系下。进一步，所述步骤S2中，由智能反向跟踪模式切换到标志点模式，包括：在过渡区域通过多帧数据计算第三相机坐标系下激光点云到标志点坐标系下激光点云之间的转换关系，通过转换关系将第三相机坐标系下的激光点云转换到标志点坐标系下。进一步，所述过渡区域为第三相机能够识别到周边环境中编码点以及标志点的区域。进一步，若扫描过程中第三相机坐标系和标志点坐标系的相对位置发生变动，则需要重新计算转换关系。本专利技术的有益效果是：本专利技术的三维扫描仪结合了智能反向跟踪式扫描以及标志点跟踪式三维扫描的特点，物体表面无需粘贴标志点即可扫描、同时精度较光学追踪式三维扫描仪高，而且可以使用粘贴标志点与不粘贴标志点的混合模式，自由切换，一机多用，实现扫描的高速及高精度，使用简便、自动化程度高。附图说明图1为本专利技术装置结构示意图；图2为本专利技术获取的影像中激光线和反光的标志点示意图；图3为本专利技术完全遮挡区域示意图；图4为本专利技术过渡区域示意图；图5为本专利技术实施例一流程图；图6为本专利技术实施例二流程图。附图中，各标号所代表的部件列表如下：1、双目相机，2、第三相机，3、激光器，4、范围指示器，5、编码点，6、标志点，7、墙体，8、被扫描物体。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。如图1所示的一种标志点定位与智能反向定位混合的定位装置，通常作为三维扫描仪使用，其包括双目相机1以及第三相机2，所述第三相机2的视野与所述双目相机1的视野不完全重叠，本实施例中，第三相机2的镜头垂直双目相机1的镜头设置，使得第三相机2的视野与双目相机1的视野不重叠。第三相机2上还设有范围指示器4，用于指示第三相机2的拍摄范围。所述双目相机1的左相机与右相机之间设有激光器3，激光器3的数量根据实际需求可灵活调整，如图1所示，本实施例使用了四个激光器3。所述双目相机1、所述第三相机2以及所述激光器3分别与上位机信号连接。所述激光器3用于发出激光投影，所述双目相机1用于获取被扫描物体8表面带有激光线和反光的标志点6的影像，激光线及反光的标志点6的图像如图2所示。所述第三相机2用于获取周边环境中带有反光的编码点5以及反光的标志点6的影像，上位机控制激光器3在被扫描物体8表面投射激光线、并控制双目相机1与第三相机2获取视野内的影像，获得的影像在上位机进行处理。所述上位机根据所述双目相机1和/或所述第三相机2获取的图像计算被扫描物体8的表面点云数据。本实施例中，所述双目相机1以及所述第三相机2上均设有LED，多个LED呈环形阵列排布在各个相机外周。LED发出光线，为贴在被扫描物体8表面以及周围墙上的反光的标志点6、反光的编码点5提供用于反光的光源。如图1所示，本实施例中设置在装置顶部的第三相机2使用高分辨率，对焦在2000mm左右，满足摄影测量条件，可以清晰的拍摄周围墙上的反光的编码点5，以便于智能反向跟踪本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种标志点定位与智能反向定位混合的定位装置，其特征在于，包括双目相机(1)以及第三相机(2)，所述第三相机(2)的视野与所述双目相机(1)的视野不完全重叠，所述双目相机(1)的左相机与右相机之间设有激光器(3)，所述双目相机(1)、所述第三相机(2)以及所述激光器(3)分别与上位机信号连接；所述激光器(3)用于发出激光投影，所述双目相机(1)用于获取被扫描物体(8)表面带有激光线和标志点(6)的影像，所述第三相机(2)用于获取周边环境中带有编码点(5)以及标志点(6)的影像，所述上位机用于根据所述双目相机(1)和/或所述第三相机(2)获取的图像计算被扫描物体(8)的表面点云数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种标志点定位与智能反向定位混合的定位装置，其特征在于，包括双目相机(1)以及第三相机(2)，所述第三相机(2)的视野与所述双目相机(1)的视野不完全重叠，所述双目相机(1)的左相机与右相机之间设有激光器(3)，所述双目相机(1)、所述第三相机(2)以及所述激光器(3)分别与上位机信号连接；所述激光器(3)用于发出激光投影，所述双目相机(1)用于获取被扫描物体(8)表面带有激光线和标志点(6)的影像，所述第三相机(2)用于获取周边环境中带有编码点(5)以及标志点(6)的影像，所述上位机用于根据所述双目相机(1)和/或所述第三相机(2)获取的图像计算被扫描物体(8)的表面点云数据。


2.根据权利要求1所述一种标志点定位与智能反向定位混合的定位装置，其特征在于，所述双目相机(1)以及所述第三相机(2)上均设有LED。


3.基于权利要求1或2所述装置的一种标志点定位与智能反向定位混合的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，标定各相机在不同扫描模式下的参数，并使得切换扫描模式时各相机的参数同步对应变换；
S2，通过扫描场景判断并切换扫描模式为标志点模式或智能反向跟踪模式。


4.根据权利要求3所述一种标志点定位与智能反向定位混合的定位方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述标志点模式，包括以下步骤：
通过双目相机(1)获取带有激光线以及标志点(6)的影像，提取影像中激光线坐标信息以及标志点(6)坐标信息，采用空间前方交会算法计算激光线的三维坐标并建立激光线点云，采用空间前方交会算法计算标志点(6)的三维坐标并建立标志点集，通过激光线点云与标志点集建立标志点坐标系，将当前帧与之前所有帧影像标志点集的信息进行匹配，得到当前帧与之前帧影像之间的转换关系，将当前帧影像依次通过转换关系转换到标志点坐标系下，进行拼接，从而得到标志点坐标系下被扫描物体(8)的表面点云数据。


5.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑顺义，王晓南，任关宝，成剑华，
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