一种多套拍照式扫描仪的扫描方法、装置和系统制造方法及图纸

本申请涉及一种多套拍照式扫描仪的扫描方法、装置和系统，包括：根据用户输入选择标定工作模式或扫描工作模式；在标定工作模式下：获取各拍照式扫描仪的相机内外参；获取各拍照式扫描仪拍摄坐标系到基准坐标系之间的初始坐标转换矩阵；在扫描工作模式下获取各拍照式扫描仪在各自拍摄坐标系下被测工件的点云数据；根据初始坐标转换矩阵，将各拍摄坐标系下被测工件点云数据统一到基准坐标系下，进行点云数据的初始拼接；基于点云优化算法，对初始拼接后的点云数据进行迭代配准，获得目标转换矩阵。本申请不用移动被测工件和扫描仪，便可准确获取被测工件完整的三维数据，获取的点云数据帧数少，拼接累计误差小。拼接累计误差小。拼接累计误差小。

【技术实现步骤摘要】
一种多套拍照式扫描仪的扫描方法、装置和系统


[0001]本公开涉及三维扫描检测
，尤其涉及一种多套拍照式扫描仪的扫描方法、装置和系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着三维扫描技术的快速发展，越来越多的应用于工业测量领域。拍照式三维扫描仪作为一种高速高精度的三维扫描测量设备，具有非接触式、较高的测量精度、较高的点云质量等优点，不仅已经广泛应用于工业设计行业中，而且在机械零部件尺寸测量、地形测绘、飞机船舶制造等领域有着广阔的应用前景。
[0003]目前，对于大型工件的三维测量，往往需要先进行多次局部测量，然后进行测量数据的拼接。在现有技术中，一种基于标志点数据拼接技术可以实现多套扫描点云数据的拼接，但是需要操作人员在物体表面或周围手动粘贴标志点，在现场使用时操作比较繁琐，很容易造成数据拼接误差；另一种是通过提供粘贴了标志点的标定框架进行扫描数据拼接，但是标定框架需要根据物体的外形进行调整，具有很大的局限性，同时点云数据的拼接精度会随着检测帧率的增加而降低。

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，本申请提供了一种多套拍照式扫描仪的扫描方法、装置和系统，提高了多套拍照式扫描仪扫描效率和扫描结果的准确性，在大尺寸工件自动化检测领域中具有较强的推广应用意义。
[0005]第一方面，本申请提供了一种多套拍照式扫描仪的扫描方法，包括：根据用户输入选择标定工作模式或扫描工作模式；在标定工作模式下：获取各拍照式扫描仪的相机内外参；获取各拍照式扫描仪拍摄坐标系到基准坐标系之间的初始坐标转换矩阵；在扫描工作模式下：获取各所述拍照式扫描仪在各自拍摄坐标系下被测工件的点云数据；根据所述初始坐标转换矩阵，将各所述拍照式扫描仪在各自拍摄坐标系下被测工件的点云数据统一到所述基准坐标系下，进行点云数据的初始拼接对齐；基于点云优化算法，对初始拼接对齐后的所述点云数据进行迭代配准，获得目标转换矩阵，以进行优化拼接。
[0006]在一些实施例中，所述在标定工作模式下，所述获取各拍照式扫描仪拍摄坐标系到基准坐标系之间的初始坐标转换矩阵，包括：控制第一拍照式扫描仪获取标定器表面标志点图像，根据所述标定器表面标志点图像以及第一拍照式扫描仪的相机内外参确定标定器表面标志点在第一坐标系下的第一三维坐标；
控制所述第一拍照式扫描仪以外的其它拍照式扫描仪分别获取标定器表面标志点图像，根据所述第一拍照式扫描仪以外的其它拍照式扫描仪获取的标定器表面标志点图像以及各自的相机内外参，确定标定器表面标志点在各自拍摄坐标系下的第二三维坐标；根据所述第一三维坐标与所述第二三维坐标，确定所述第一坐标系与所述第一拍照式扫描仪以外的其它拍照式扫描仪的拍摄坐标系之间的初始坐标转换矩阵；所述第一坐标系为所述基准坐标系。
[0007]在一些实施例中，所述获取各拍照式扫描仪的相机内外参，包括：在标定工作模式下，控制单个拍照式扫描仪获取不同方位的标定器表面标志点图像，根据所述不同方位的标定器表面标志点图像，确定单个拍照式扫描仪的相机内外参，依次控制各个拍照式扫描仪重复操作直至确定各个拍照式扫描仪的相机内外参。
[0008]在一些实施例中，在扫描工作模式下，获取各所述拍照式扫描仪在各自拍摄坐标系下被测工件的点云数据，包括：在扫描工作模式下，控制单个拍照式扫描仪获取一组被测工件表面图像，所述被测工件表面图像基于单个拍照式扫描仪的相机内外参及相移法三维重建一帧点云数据，依次控制各个拍照式扫描仪重复操作直至各拍照式扫描仪分别获取一帧点云数据。
[0009]在一些实施例中，所述基于点云优化算法，对初始拼接对齐后的所述点云数据进行迭代配准，获得目标转换矩阵，以进行优化拼接包括：利用迭代最近点算法对所述初始拼接对齐后的点云数据进行匹配，将存在残差的点云数据进行对齐补偿，获得目标坐标转换矩阵，以进行优化拼接。
[0010]在一些实施例中，所述迭代最近点算法包括：根据所述拍摄坐标系与基准坐标系之间的初始坐标转换矩阵，基于最小二乘法的最优匹配算法，利用迭代配准坐标转换矩阵，针对初始拼接对齐后的所述点云数据进行多次迭代配准，直至计算得到的坐标残差值满足设定残差阈值或者迭代次数达到设定的最大迭代次数要求时，将此时的迭代配准坐标转换矩阵确定为所述目标坐标转换矩阵，以进行优化拼接。
[0011]在一些实施例中，所述目标坐标转换矩阵满足如下公式：其中，与为初始拼接对齐后的点云数据中具有重叠区域的两帧点云数据之间的匹配点对，为所述两帧点云数据中其中一帧点云数据中第i个点，为所述两帧点云数据中另外一帧点云数据中第i个点，P
S
为重叠区域内两帧点云数据之间的匹配点对总数，为重叠区域内两帧点云数据之间的匹配点对总数的绝对值，R和t分别为初始坐标转换矩阵中的旋转矩阵和平移向量，和为目标坐标转换矩阵中的旋转矩阵和平移向量；loss为每次迭代优化后获取的所述两帧点云数据之间坐标残差值。
[0012]在一些实施例中，在基于点云优化算法，对初始拼接对齐后的所述点云数据进行迭代配准，获得目标转换矩阵，以进行优化拼接之前，包括：对对初始拼接对齐后的所述点云数据进行平滑去噪，并保留最大连通域；其中，所
述最大连通域表示所有彼此连通的点云数据中最大的点云集合所构成的区域。
[0013]第二方面，本申请还提供一种多套拍照式的扫描处理装置，包括：模式确定模块，用于根据用户输入选择标定工作模式或扫描工作模式；标定工作模式模块，用于在标定工作模式下：获取各拍照式扫描仪的相机内外参；获取各拍照式扫描仪拍摄坐标系到基准坐标系之间的初始坐标转换矩阵；扫描工作模式模块，用于在扫描工作模式下：获取各所述拍照式扫描仪在各自拍摄坐标系下被测工件的点云数据；根据所述初始坐标转换矩阵，将各所述拍照式扫描仪在各自拍摄坐标系下被测工件的点云数据统一到所述基准坐标系下，进行点云数据的初始拼接对齐；基于点云优化算法，对初始拼接对齐后的所述点云数据进行迭代配准，获得目标转换矩阵，以进行优化拼接。
[0014]第三方面，本申请还提供一种多套拍照式扫描仪系统，包括：多套拍照式扫描仪及扫描处理装置，所述多套拍照式扫描仪固定设置且相邻两者之间的扫描范围具有重叠区域，各拍照式扫描仪与扫描处理装置通信连接，所述扫描处理装置为第二方面所述的扫描处理装置。
[0015]本申请实施例提供的技术方案相对于现有技术的有益效果：本申请提供了一种多套拍照式扫描仪的扫描方法、装置和系统，包括：根据用户输入选择标定工作模式或扫描工作模式；在标定工作模式下：获取各拍照式扫描仪的相机内外参；获取各拍照式扫描仪拍摄坐标系到基准坐标系之间的初始坐标转换矩阵；在扫描工作模式下：获取各所述拍照式扫描仪在各自拍摄坐标系下被测工件的点云数据；根据所述初始坐标转换矩阵，将各所述拍照式扫描仪在各自拍摄坐标系下被测工件的点云数据统一到所述基准坐标系下，进行点云数据的初始拼接对齐；基于点云优化算法，对初始拼接对齐后的所述点云数据进行迭代配准，获得目标转换矩阵，以进行优化拼接。因此，本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多套拍照式扫描仪的扫描方法，其特征在于，包括：根据用户输入选择标定工作模式或扫描工作模式；在标定工作模式下：获取各拍照式扫描仪的相机内外参；获取各拍照式扫描仪拍摄坐标系到基准坐标系之间的初始坐标转换矩阵；在扫描工作模式下：获取各所述拍照式扫描仪在各自拍摄坐标系下被测工件的点云数据；根据所述初始坐标转换矩阵，将各所述拍照式扫描仪在各自拍摄坐标系下被测工件的点云数据统一到所述基准坐标系下，进行点云数据的初始拼接对齐；基于点云优化算法，对初始拼接对齐后的所述点云数据进行迭代配准，获得目标转换矩阵，以进行优化拼接。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在标定工作模式下，所述获取各拍照式扫描仪拍摄坐标系到基准坐标系之间的初始坐标转换矩阵，包括：控制第一拍照式扫描仪获取标定器表面标志点图像，根据所述标定器表面标志点图像以及第一拍照式扫描仪的相机内外参确定标定器表面标志点在第一坐标系下的第一三维坐标；控制所述第一拍照式扫描仪以外的其它拍照式扫描仪分别获取标定器表面标志点图像，根据所述第一拍照式扫描仪以外的其它拍照式扫描仪获取的标定器表面标志点图像以及各自的相机内外参，确定标定器表面标志点在各自拍摄坐标系下的第二三维坐标；根据所述第一三维坐标与所述第二三维坐标，确定所述第一坐标系与所述第一拍照式扫描仪以外的其它拍照式扫描仪的拍摄坐标系之间的初始坐标转换矩阵；所述第一坐标系为所述基准坐标系。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取各拍照式扫描仪的相机内外参，包括：在标定工作模式下，控制单个拍照式扫描仪获取不同方位的标定器表面标志点图像，根据所述不同方位的标定器表面标志点图像，确定单个拍照式扫描仪的相机内外参，依次控制各个拍照式扫描仪重复操作直至确定各个拍照式扫描仪的相机内外参。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在扫描工作模式下，获取各所述拍照式扫描仪在各自拍摄坐标系下被测工件的点云数据，包括：在扫描工作模式下，控制单个拍照式扫描仪获取一组被测工件表面图像，所述被测工件表面图像基于单个拍照式扫描仪的相机内外参及相移法三维重建一帧点云数据，依次控制各个拍照式扫描仪重复操作直至各拍照式扫描仪分别获取一帧点云数据。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于点云优化算法，对初始拼接对齐后的所述点云数据进行迭代配准，获得目标转换矩阵，以进行优化拼接包括：利用迭代最近点算法对所述初始拼接对齐后的点云数据进行匹配，将存在残差的点云数据进行对齐补偿...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁保秋，李仲平，李洲强，李仁举，
申请(专利权)人：天远三维天津科技有限公司，
类型：发明
国别省市：