一种三维场景扫描建模装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种三维场景扫描建模装置，涉及三维建模技术领域，针对现有扫描建模装置实现方法简单、应用场景受限的缺陷，采用技术方案包括：内置三维建模软件的主板PCBA，用于对接收信息进行集中计算处理，生成数字三维模型，发送至显示终端；环形均布排列并固定于主板PCBA下方的六组相机部件，每组相机部件包括一体连接的相机镜头和相机PCBA，六组相机部件协同工作，用于采集RGB图像传输给主板PCBA；布置于主板PCBA上方的惯性测量单元、激光雷达控制器和多线激光雷达，六组相机部件协同工作时，惯性测量单元将测量数据传输给主板PCBA，多线激光雷达将采集点云数据传输给主板PCBA。本发明专利技术适用于多种场景，具有高精度、高清晰度的优点。的优点。的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种三维场景扫描建模装置


[0001]本专利技术涉及三维建模
，具体的说是一种三维场景扫描建模装置。

技术介绍

[0002]目前，三维场景扫描建模领域应用的扫描建模装置还是比较稀少的，且当前该领域出现的扫描建模装置实现方法都比较简单，对应的应用场景也有限。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对目前技术发展的需求和不足之处，提供一种高精度、高清晰度、多应用场景的三维场景扫描建模装置。
[0004]本专利技术的一种三维场景扫描建模装置，解决上述技术问题采用的技术方案如下：
[0005]一种三维场景扫描建模装置，其包括：
[0006]主板PCBA，内置三维建模软件，用于对接收信息进行集中计算处理，生成数字三维模型，发送至显示终端；
[0007]环形均布排列并固定于主板PCBA下方的六组相机部件，每组相机部件包括一体连接的相机镜头和相机PCBA，六组相机部件协同工作，用于采集物理世界中不同方位的RGB图像，并传输给主板PCBA；
[0008]布置于主板PCBA上方的惯性测量单元、激光雷达控制器和多线激光雷达，六组相机部件协同工作时，惯性测量单元测量扫描建模装置的三轴姿态角和加速度传输给主板PCBA，多线激光雷达在激光雷达控制器的作用下同步采集物理世界的点云数据传输给主板PCBA；
[0009]还包括：电源接口、按键PCBA、开关及功能按键，其中，开关及功能按键用于触发按键PCBA上对应的轻触按钮，实现扫描建模装置的启闭、功能设置及工作模式的切换。/>[0010]可选的，所涉及扫描建模装置的结构还包括保护外壳，保护外壳由半圆形外壳、连接支架、底托三者从上到下依次对接固定形成，且连接支架上内嵌有六个透明保护罩；
[0011]多线激光雷达内嵌于保护外壳的半圆形外壳顶部；
[0012]六组相机部件、激光雷达控制器、惯性测量单元内置于保护外壳，且六组相机部件的相机镜头正对连接支架的透明保护罩。
[0013]进一步可选的，所涉及保护外壳内置有水平方向的主板支架；
[0014]激光雷达控制器和惯性测量单元固定放置于所述主板支架上方；
[0015]主板PCBA固定放置于所述主板支架下方；
[0016]六组相机部件位于主板PCBA和底托之间。
[0017]进一步可选的，所涉及扫描建模装置还包括：
[0018]电源PCBA；
[0019]电池包，用于在电源PCBA的控制下给扫描建模装置输出工作电源；
[0020]状态指示灯PCBA，用于显示扫描建模装置的工作状态和电池包的电量状态；
[0021]TYPE
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C数据接口，用于实现对主板PCBA存储内容的下载及对三维建模软件的调试。
[0022]进一步可选的，所涉及主板PCBA包括内置三维建模软件的运算单元和存储数字三维模型的存储单元；
[0023]所述三维建模软件包括场景图构建模块和三维建模算法模块两部分，其中，
[0024]所述场景图构建模块包括：
[0025]视觉
‑
惯性里程计子模块，在环境纹理信息满足预定条件时，用于通过六组相机部件和惯性测量单元提供视觉
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惯性里程计模式，随后基于采集的RGB图像以及惯性测量单元的预积分结果进行位姿估计以及场景地图构建；
[0026]激光
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惯性里程计子模块，在环境结构化信息满足预定条件时，用于通过惯性测量单元和多线激光雷达提供激光
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惯性里程计模式，随后基于采集的点云数据进行位姿估计以及场景地图构建；
[0027]视觉
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惯性
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激光里程计子模块，在环境纹理信息和环境结构信息均不满足预定条件时，用于通过六组相机部件、惯性测量单元和多线激光雷达提供视觉
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惯性
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激光里程计模式，将相机、雷达与惯性测量单元标定，随后基于视觉提供的RGB图像以及激光雷达提供的距离信息进行位姿估计以及场景图构建；
[0028]多模态数据联合优化子模块，用于构建任务约束，包括构建惯性测量单元预积分因子、视觉里程因子、激光里程因子、视觉回环因子、激光回环因子以及视觉
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激光回环因子，所述惯性测量单元预积分因子、视觉里程因子、以及视觉回环因子配合作用于视觉
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惯性里程计模式下的位姿优化，所述惯性测量单元预积分因子、激光里程因子以及激光回环因子配合作用于激光
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惯性里程计模式下位姿优化，所述惯性测量单元预积分因子、激光里程因子、视觉里程因子以及视觉
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激光回环因子配合作用于视觉
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惯性
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激光里程计模式下的位姿优化；
[0029]三维建模算法模块基于场景图构建模块构建的场景地图生成三维数字模型。
[0030]进一步可选的，所涉及视觉
‑
惯性里程计子模块执行如下操作实现位姿估计和场景图构建：
[0031]采集物理世界中不同方位的RGB图像，对采集的RGB图像进行特征提取，得到图像特征，同时，对惯性测量单元的测量数据进行预积分处理，得到惯性测量单元预防积分结果；
[0032]基于图像特征和惯性测量单元预防积分结果初始化相机镜头位姿，得到六组相机镜头以及惯性测量单元在世界坐标系中的状态；
[0033]通过与局部地图的比较，判断当前采集的RGB图像是否为关键帧，如果是，将所述关键帧加入局部优化任务中，进行局部地图的构建；
[0034]基于词袋模型提取关键帧的词袋信息，基于关键帧的词袋信息进行回环检测，得到回环候选帧；
[0035]基于回环侯选帧与当前帧的相对运动，验证回环是否成立；
[0036]基于惯性测量单元约束以及回环检测约束构建任务约束，基于任务约束进行全局优化，得到优化后的位姿；
[0037]激光
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惯性里程计子模块执行如下操作实现位姿估计和场景图构建：
[0038]对当前帧点云数据进行畸变矫正；
[0039]对于矫正后的点云数据，提取所述点云数据的线特征和面特征；
[0040]基于线特征和面特征，将当前帧点云数据与前一帧点云数据进行匹配，通过正态分布变换方法获取当前帧点云数据与前一帧点云数据之间的相对运动信息，得到当前帧点云数据与前一帧点云数据之间的位姿变换；
[0041]如果位姿变化大于等于设定的阈值，当前帧点云数据作为关键帧，将所述关键帧加入局部优化任务中，进行局部地图的构建；
[0042]基于当前帧点云线、面特征及局部地图信息，通过正态分布变换方法，检测回环并构建回环约束；
[0043]视觉
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惯性
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激光里程计子模块执行如下操作实现位姿估计和场景图构建：
[0044]基于六组相机部件、多线激光雷达与惯性测量单元的标定，将六组相机部件采集的R本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维场景扫描建模装置，其特征在于,其包括：主板PCBA，内置三维建模软件，用于对接收信息进行集中计算处理，生成数字三维模型，发送至显示终端；环形均布排列并固定于主板PCBA下方的六组相机部件，每组相机部件包括一体连接的相机镜头和相机PCBA，六组相机部件协同工作，用于采集物理世界中不同方位的RGB图像，并传输给主板PCBA；布置于主板PCBA上方的惯性测量单元、激光雷达控制器和多线激光雷达，六组相机部件协同工作时，惯性测量单元测量扫描建模装置的三轴姿态角和加速度传输给主板PCBA，多线激光雷达在激光雷达控制器的作用下同步采集物理世界的点云数据传输给主板PCBA；还包括：电源接口、按键PCBA、开关及功能按键，其中，开关及功能按键用于触发按键PCBA上对应的轻触按钮，实现扫描建模装置的启闭、功能设置及工作模式的切换。2.根据权利要求1所述的一种三维场景扫描建模装置，其特征在于，扫描建模装置还包括保护外壳，保护外壳由半圆形外壳、连接支架、底托三者从上到下依次对接固定形成，且连接支架上内嵌有六个透明保护罩；多线激光雷达内嵌于保护外壳的半圆形外壳顶部；六组相机部件、激光雷达控制器、惯性测量单元内置于保护外壳，且六组相机部件的相机镜头正对连接支架的透明保护罩。3.根据权利要求2所述的一种三维场景扫描建模装置，其特征在于，所述保护外壳内置有水平方向的主板支架；激光雷达控制器和惯性测量单元固定放置于所述主板支架上方；主板PCBA固定放置于所述主板支架下方；六组相机部件位于主板PCBA和底托之间。4.根据权利要求2所述的一种三维场景扫描建模装置，其特征在于，扫描建模装置还包括：电源PCBA；电池包，用于在电源PCBA的控制下给扫描建模装置输出工作电源；状态指示灯PCBA，用于显示扫描建模装置的工作状态和电池包的电量状态；TYPE
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C数据接口，用于实现对主板PCBA存储内容的下载及对三维建模软件的调试。5.根据权利要求1所述的一种三维场景扫描建模装置，其特征在于，所述主板PCBA包括内置三维建模软件的运算单元和存储数字三维模型的存储单元；所述三维建模软件包括场景图构建模块和三维建模算法模块两部分，其中，所述场景图构建模块包括：视觉
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惯性里程计子模块，在环境纹理信息满足预定条件时，用于通过六组相机部件和惯性测量单元提供视觉
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惯性里程计模式，随后基于采集的RGB图像以及惯性测量单元的预积分结果进行位姿估计以及场景地图构建；激光
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惯性里程计子模块，在环境结构化信息满足预定条件时，用于通过惯性测量单元和多线激光雷达提供激光
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惯性里程计模式，随后基于采集的点云数据进行位姿估计以及场景地图构建；视觉
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惯性
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激光里程计子模块，在环境纹理信息和环境结构信息均不满足预定条件
时，用于通过六组相机部件、惯性测量单元和多线激光雷达提供视觉
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惯性
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激光里程计模式，将相机、雷达与惯性测量单元标定，随后基于视觉提供的RGB图像以及激光雷达提供的距离信息进行位姿估计以及场景图构建；多模态数据联合优化子模块，用于构建任务约束，包括构建惯性测量单元预积分因子、视觉里程因子、激光里程因子、视觉回环因子、激光回环因子以及视觉
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激光回环因子，所述惯性测量单元预积分因子、视觉里程因子、以及视觉回环因子配合作用于视觉
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惯性里程计模式下的位姿优化，所述惯性测量单元预积分因子、激光里程因子以及激光回环因子配合作用于激光
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惯性里程计模式下位姿优化，所述惯性测量单元预积分因子、激光里程因子、视觉里程因子以及视觉
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激光回环因子配合作用于视觉
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惯性
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激光里程计模式下的位姿优化；所述三维建模算法模块基于场景图构建模块构建的场景地图生成三维数字模型。6.根据权利要求5所述的一种三维场景扫描建模装置，其特征在于，所述视觉
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惯性里程计子模块执行如下操作实现位姿估计和场景图构建：采集物理世界中不同方位的RGB图像，对采集的RGB图像进行特征提取，得到图像特征，同时，对惯性测量单元的测量数据进行预积分处理，得到惯性测量单元预防积分结果；基于图像特征和惯性测量单元预防积分结果初始化相机镜头位姿，得到六组相机镜头以及惯性测量单元在世界坐标系中的状态；通过与局部地图的比较，判断当前采集的RGB图像是否为关键帧，如果是，将所述关键帧加入局部优化任务中，进行局部地图的构建；基于词袋模型提取关键帧的词袋信息，基于关键帧的词袋信息进行回环检测，得到回环候选帧；基于回环侯选帧与当前帧的相对运动，验证回环是否成立；基于惯性测量单元约束以及回环检测约束构建任务约束，基于任务约束进行全局优化，得到优化后的位姿；所述激光
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惯性里程计子模块执行如下操作实现位姿估计和场景图构建：对当前帧点云数据进行畸变矫正；对于矫正后的点云数据，提取所述点云数据的线特征和面特征；基于线特征和面特征，将当前帧点云数据与前一帧点云数据进行匹配，通过正态...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡远平，王建华，李从健，张雲策，郭运艳，
申请(专利权)人：山东浪潮科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：