三维扫描与摄影测量一体化控制装置及控制方法制造方法及图纸

本申请涉及一种三维扫描与摄影测量一体化控制装置及控制方法，属于三维扫描技术领域，在控制方法中，首先对控制装置进行三维扫描，生成初始靶标数据文件和初始二维码像控数据文件；然后对文物和控制装置进行三维扫描并生成当前球心坐标数据，扫描完毕对文物和控制装置拍照；根据靶标球的当前球心坐标数据与初始靶标数据计算坐标变换参数；依据坐标变换参数对各像控二维码的初始坐标进行变换并用于摄影测量数据处理进行自动像控，使摄影测量网格模型与三维扫描网格模型对齐。本申请提供的一体化控制装置及控制方法实现了三维扫描数据与摄影测量网格模型的自动对齐，提高了文物三维数字化的精度和工作效率。三维数字化的精度和工作效率。三维数字化的精度和工作效率。

【技术实现步骤摘要】
三维扫描与摄影测量一体化控制装置及控制方法


[0001]本申请涉及三维扫描
，尤其涉及一种三维扫描与摄影测量一体化控制装置及控制方法。

技术介绍

[0002]对文物进行三维数字化处理是开展文物研究和文化普及工作的重要手段，文物三维数字化即得到文物的纹理模型。纹理模型由网格模型和纹理贴图组成，其中，网格模型表达的是文物的空间信息，用于呈现文物的形态；纹理贴图表达的是文物的颜色信息，用于呈现文物的视觉特性。
[0003]构件文物的纹理模型多采用三维扫描与摄影测量相结合的方法。三维扫描可以获得高精度、高密度的点云，经处理后构建文物的三维扫描网格模型；摄影测量的方法则采用拍摄高分辨率照片并经三维重建的步骤进行处理，经三维重建后的模型包含摄影测量网格模型和摄影测量纹理贴图两个组成部分。将三维扫描与摄影测量相结合即可获得高精度高保真的纹理模型。三维扫描与摄影测量相结合的方法有两种：一种是将摄影测量纹理贴图映射到三维扫描网格模型，另一种是在对摄影测量数据处理时导入扫描点云参与三维重建。在这两处处理方法中，都需要进行空间数据对齐处理。即，必须将三维扫描网格模型与摄影测量网格模型对齐，对齐越准确，则映射质量越高；必须将扫描点云与将要生成的摄影测量网格模型对齐，对齐越准确，三维重建质量越高。
[0004]在进行空间数据对齐时，从数学意义上涉及平移、旋转和缩放7个参数，分别是：三个坐标平移量ΔX、ΔY、ΔZ，三个坐标轴的旋转角度θ
x
、θ
y
、θ
z
以及尺度因子m。
[0005]理论上，坐标平移量ΔX、ΔY、ΔZ等于0，坐标轴的旋转角度θ
x
、θ
y
、θ
z
等于0，尺度因子m等于1，表示两种空间数据完全对齐并重合，可实现纹理贴图映射或扫描点云参与三维重建的最佳效果。
[0006]目前，两种方法的空间数据的对齐，是借助于软件用以下方式人工操作实现的：
[0007](1)三维扫描网格模型与摄影测量网格模型对齐：
①
目视观察操作，对模型进行平移、旋转、缩放，使两个模型大致对齐；
②
目视观察判断两个模型的特征，选取若干具有对应的特征点对作为对齐点(不少于4对，且分布合理)；
③
根据指定的特征点对由软件解算对齐参数，进行模型变换处理，使两者对齐；
[0008](2)扫描点云与将要生成的摄影测量网格模型对齐：在摄影测量控制的照片刺点时，目视观察判断扫描网格模型与摄影测量照片的共同特征，找到共同特征点后，从扫描网格模型上取点的XYZ坐标，赋给照片刺点的像控点，刺点数满足摄影测量规范要求后，提交摄影测量数据处理软件进行后续处理，完成三维重建。
[0009]然而，以上两种空间数据对齐方法，在特征点对判断的正确性、操作鼠标指点的准确性、所选特征点对分布的合理性等方面，完全依赖目视观察、人为判断，不同的操作人员的观察判断不一样，难以保证对齐的精度，工作费时费力，严重影响文物三维数字化的质量和效率。

技术实现思路

[0010]为了提高文物三维数字化的质量和效率，本申请提供一种三维扫描与摄影测量一体化控制装置及控制方法。
[0011]第一方面，本申请提供的一种三维扫描与摄影测量一体化控制装置采用如下的技术方案：
[0012]一种三维扫描与摄影测量一体化控制装置，包括：
[0013]在竖直方向上依次设置的多层框架，每一层框架上均设置有相同数量的靶标球和像控二维码，底层框架上的其中一个靶标球或者顶层框架上的其中一个靶标球设置为定位靶标球；
[0014]其中，同一层框架上的靶标球和像控二维码相间排布且沿着所述框架的周向均匀分布；不同层框架上的靶标球错位均匀分布，不同层框架上的像控二维码错位均匀分布。
[0015]通过采用上述技术方案，能够将三维扫描与摄影测量三维重建两种方法结合使用，提高三维扫描网格模型或点云与摄影测量网格模型对齐的精度，有利于提高文物三维数字化的效率。
[0016]可选的，所述靶标球的直径大于等于10mm，所述定位靶标球的直径相比于其他靶标球的直径大10％以上。
[0017]通过采用上述技术方案，便于扫描过程中对靶标球进行识别。
[0018]可选的，所述多层框架上的靶标球以定位靶标球为起点，沿着逆时针方向从下到上或从上到下依次编号；
[0019]所述多层框架上的像控二维码以定位靶标球为起始参照，沿着逆时针方向从下到上或从上到下依次编号。
[0020]第二方面，本申请提供的一种应用前述一体化控制装置的控制方法采用如下的技术方案：
[0021]一种三维扫描与摄影测量一体化控制方法，包括：
[0022]S1：对一体化控制装置进行三维扫描，生成初始靶标数据文件和初始二维码像控数据文件；
[0023]S2：对文物和一体化控制装置进行三维扫描并生成当前球心坐标数据，扫描完毕对文物和一体化控制装置进行拍照；
[0024]S3：根据当前球心坐标数据与初始靶标数据文件中同编号靶标球的球心数据计算坐标变换参数；
[0025]S4：读取初始二维码像控数据文件中各个像控二维码的三维坐标，利用坐标变换参数进行变换，得到各个像控二维码新的三维坐标并生成当前二维码像控数据文件；
[0026]S5：将当前二维码像控数据文件导入摄影测量数据处理的三角测量计算过程，进行自动像控，获得与三维扫描网格模型对齐的摄影测量网格模型。
[0027]通过采用上述技术方案，提高了三维扫描网格模型或点云与摄影测量网格模型对齐的精度，有利于提高文物三维数字化的效率。
[0028]可选的，步骤S2中的拍摄方法为：在对文物和一体化控制装置完成三维扫描的基础上，保持文物和一体化控制装置的相对位置不变，对文物和一体化控制装置进行一次不少于3个航带的拍照；完成一次拍照后，移除一体化控制装置，对文物进行二次拍照直至摄
影测量照片拍摄完成。
[0029]可选的，所述当前球心坐标数据的生成方法为：评估靶标球在一体化控制装置空间中对文物的控制情况，选择至少四个分布合理的靶标球，读取三维扫描数据并拟合靶标球，计算相应靶标球的球心坐标。
[0030]综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
[0031]1.一体化控制装置将三维扫描和摄影测量三维重建两种方法联合使用，可实现三维扫描网格模型与摄影测量网格模型的高精度对齐，或扫描点云与摄影测量网格模型的高精度对齐，从而可实现高还原度的文物数字化；并且，数据对齐工作是在数据采集、加工过程中自动完成，降低了人为因素的干扰和工作量，提高了工作效率；
[0032]2.一体化控制装置在摄影测量三维重建中单独使用，可利用像控二维码实现无人工刺点的自动像控，提高了三维重建的控制精度，省去了人工刺点的工作量，降低了人工刺点的精度偏差对三维重建控制精度的影响；
[0033]3.一体化控制装置在三维扫描本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维扫描与摄影测量一体化控制装置，其特征在于，包括：在竖直方向上依次设置的多层框架（1），每一层框架（1）上均设置有相同数量的靶标球（3）和像控二维码（4），底层框架（1）上的其中一个靶标球（3）或者顶层框架（1）上的其中一个靶标球（3）设置为定位靶标球（31）；其中，同一层框架（1）上的靶标球（3）和像控二维码（4）相间排布且沿着所述框架（1）的周向均匀分布；不同层框架（1）上的靶标球（3）错位均匀分布，不同层框架（1）上的像控二维码（4）错位均匀分布。2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述靶标球（3）的直径大于等于10mm，所述定位靶标球（31）的直径相比于其他靶标球（3）的直径大10%以上。3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述多层框架（1）上设置的每个像控二维码（4）所包括的编码信息均不相同。4.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述多层框架（1）上的靶标球（3）以定位靶标球（31）为起点，沿着逆时针方向从下到上或从上到下依次编号；所述多层框架（1）上的像控二维码（4）以定位靶标球（31）为起始参照，沿着逆时针方向从下到上或从上到下依次编号。5.一种应用权利要求1
‑
4任一项所述的控制装置的控制方法，其特征在于，包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵术强，李祝军，杨蓓，化建新，陈真，刘欢，
申请(专利权)人：中兵勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：