便攜式圖像與激光融合的三維掃描系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及三維掃描技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種便攜式圖像與激光融合的三維掃描系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]三維掃描技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，它通過光學(xué)測量的方法，能夠快速、精確、非接觸地獲取真實(shí)物體的空間位置信息，為科學(xué)準(zhǔn)確的建立數(shù)據(jù)模型提供了一種全新的技術(shù)手段。三維掃描設(shè)備的原理有多種，例如多目攝像頭檢測法、高速激光雷達(dá)掃描法等。但三維掃描設(shè)備普遍結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備笨重、不宜攜帶與操作，且價格昂貴。在事故現(xiàn)場、犯罪現(xiàn)場及考古發(fā)掘現(xiàn)場這些新的應(yīng)用場景下，要求三維掃描設(shè)備易于攜帶、操作簡單，能快速、準(zhǔn)確的采集事發(fā)現(xiàn)場的物理空間信息。傳統(tǒng)的大型掃描設(shè)備顯然已不能適應(yīng)這樣的應(yīng)用場景，很難廣泛使用和推廣。因此，掃描設(shè)備的小型化、便攜化是三維掃描技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展方向。
[0003]此外，基于激光的三維掃描設(shè)備，在采集數(shù)據(jù)時，由于作業(yè)范圍較大，設(shè)備受到位置影響，無法取得某些掃描盲區(qū)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，或者物體本身的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，表面細(xì)節(jié)繁多，在建模時會出現(xiàn)缺口、空洞、長條縫隙或重疊，這些都破壞了模型的完整性，不能準(zhǔn)確地建立三維模型。通常補(bǔ)采數(shù)據(jù)的代價較大或無法實(shí)施，導(dǎo)致最終重建的模型不完整或丟失部分區(qū)域的細(xì)節(jié)。而攝像機(jī)獲取的二維圖像獨(dú)立于激光掃描數(shù)據(jù)，可以對激光掃描模型中的殘缺部分進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)充。激光掃描儀采集的距離信息和攝像機(jī)采集的色彩信息也具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性。兩者信息融合之后，使得三維激光點(diǎn)云有了顏色，增強(qiáng)了對場景的描述能力，二維圖像則包含了空間距離信息，可直接在圖像上進(jìn)行位置量測分析。
[0004]因此，開發(fā)一種便攜式圖像與激光融合的三維掃描系統(tǒng)，可快速、便捷、直觀、準(zhǔn)確地對空間場景信息進(jìn)行數(shù)字化采集與記錄已成為急需解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的三維掃描設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備笨重、不宜攜帶與操作、且價格昂貴的問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種便攜式圖像與激光融合的三維掃描系統(tǒng)，所述便攜式圖像與激光融合的三維掃描系統(tǒng)包括:手持式數(shù)據(jù)采集設(shè)備及與所述手持式數(shù)據(jù)采集設(shè)備電連接的控制與數(shù)據(jù)處理終端；
[0007]所述手持式數(shù)據(jù)采集設(shè)備適于采集激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)、高清圖像數(shù)據(jù)、慣性測量數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)回傳至所述控制與數(shù)據(jù)處理終端；
[0008]所述的控制與數(shù)據(jù)處理終端適于所述手持式數(shù)據(jù)采集設(shè)備的功能參數(shù)設(shè)置、機(jī)械裝置的運(yùn)動控制、激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理、圖像數(shù)據(jù)處理、點(diǎn)云與圖像數(shù)據(jù)的融合、三維模型渲染與可視化數(shù)據(jù)處理算法。
[0009]作為本發(fā)明的便攜式圖像與激光融合的三維掃描系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述手持式數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括:
[0010]三維激光掃描裝置，適于采集激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
[0011]慣性測量單元，適于采集所述手持式數(shù)據(jù)采集設(shè)備的位姿數(shù)據(jù)；
[0012]主控單元，與所述三維激光掃描裝置、所述慣性測量單元及所述控制與數(shù)據(jù)處理終端電連接，適于對數(shù)據(jù)采集的控制及機(jī)械裝置的運(yùn)動控制，并將所述三維激光掃描裝置及所述慣性測量單元采集的數(shù)據(jù)傳送至所述控制與數(shù)據(jù)處理終端；
[0013]高速運(yùn)動攝像機(jī)，與所述控制與數(shù)據(jù)處理終端電連接，適于采集高清圖像數(shù)據(jù)，并將采集的高清圖像數(shù)據(jù)傳送至所述控制與數(shù)據(jù)處理終端。
[0014]作為本發(fā)明的便攜式圖像與激光融合的三維掃描系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述三維激光掃描裝置包括:二維激光掃描雷達(dá)、驅(qū)動器、大扭矩舵機(jī)及機(jī)械傳動構(gòu)件；
[0015]所述主控單元通過所述驅(qū)動器的接口與所述驅(qū)動器電連接，從而控制所述驅(qū)動器的狀態(tài)；所述驅(qū)動器與所述大扭矩舵機(jī)電連接；所述大扭矩舵機(jī)通過所述機(jī)械傳動構(gòu)件與所述二維激光掃描雷達(dá)連接，所述二維激光掃描雷達(dá)在所述機(jī)械傳動構(gòu)件的帶動下做俯仰的掃描運(yùn)動。
[0016]作為本發(fā)明的便攜式圖像與激光融合的三維掃描系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述二維激光掃描雷達(dá)的發(fā)射光源為低功率紅外線激光器，所述低功率紅外線激光器采用調(diào)制脈沖方式驅(qū)動。
[0017]作為本發(fā)明的便攜式圖像與激光融合的三維掃描系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述主控單元適于所述慣性測量單元的初始化與校準(zhǔn)、所述慣性測量單元的數(shù)據(jù)采集、所述二維激光掃描雷達(dá)的數(shù)據(jù)采集、所述大扭矩舵機(jī)的驅(qū)動控制；并適于將慣性測量數(shù)據(jù)、激光掃描數(shù)據(jù)以及所述大扭矩舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行關(guān)聯(lián)后與所述控制與數(shù)據(jù)處理終端進(jìn)行通信交互、數(shù)據(jù)傳輸。
[0018]作為本發(fā)明的便攜式圖像與激光融合的三維掃描系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述慣性測量單元集成于所述主控單元上，包括基于MEMS的三軸加速度計(jì)、三軸陀螺儀及三軸磁力
i+o
[0019]作為本發(fā)明的便攜式圖像與激光融合的三維掃描系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述慣性測量單元支持400KHZ快速I2C讀寫；所述三軸加速度計(jì)及所述三軸陀螺儀可感知包括轉(zhuǎn)動或步行的細(xì)節(jié)運(yùn)動，所述三軸磁力計(jì)可感知真北方向。
[0020]作為本發(fā)明的便攜式圖像與激光融合的三維掃描系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述高速運(yùn)動攝像機(jī)為具有1SOp分辨率、30fps、超寬視角的運(yùn)動攝像機(jī)；所述高速運(yùn)動攝像機(jī)通過數(shù)據(jù)線纜將實(shí)時影像數(shù)據(jù)以H.264的編碼格式傳送至所述控制與數(shù)據(jù)處理終端。
[0021]作為本發(fā)明的便攜式圖像與激光融合的三維掃描系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述手持式數(shù)據(jù)采集設(shè)備還包括板載電池，適于為所述手持式數(shù)據(jù)采集設(shè)備供電；所述板載電池受控于所述主控單元，所述主控單元通過對所述板載電池電量信息的采集與計(jì)算，有效控制其他單元的工作模式與能耗，以延長所述板載電池的續(xù)航時間。
[0022]作為本發(fā)明的便攜式圖像與激光融合的三維掃描系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述板載電池為可充電鋰電池。
[0023]作為本發(fā)明的便攜式圖像與激光融合的三維掃描系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述手持式數(shù)據(jù)采集設(shè)備還包括設(shè)備支架，所述設(shè)備支架包括:
[0024]主支架，適于安裝所述三維激光掃描裝置；
[0025]輔助支架，適于安裝所述高速運(yùn)動攝像機(jī)、所述主控單元及所述板載電池；
[0026]手握柄，連接所述主支架及所述輔助支架。
[0027]作為本發(fā)明的便攜式圖像與激光融合的三維掃描系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述控制與數(shù)據(jù)處理終端為便攜式筆記本電腦。
[0028]如上所述，本發(fā)明的便攜式圖像與激光融合的三維掃描系統(tǒng)，具有以下有益效果:將攝像機(jī)與激光掃描裝置融合，攝像機(jī)獲取的二維圖像獨(dú)立于激光掃描數(shù)據(jù)，可以對激光掃描模型中的殘缺部分進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)充，激光掃描儀采集的距離信息和攝像機(jī)采集的色彩信息也具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，二者信息融合之后，使得三維激光點(diǎn)云有了顏色，增強(qiáng)了對場景的描述能力，二維圖像則包含了空間距離信息，可直接在圖像上進(jìn)行位置量測分析；本發(fā)明的三維掃描系統(tǒng)生產(chǎn)成本低、攜帶方便、易于操作，且可同時采集激光點(diǎn)云與圖像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了快速、便捷、直觀、準(zhǔn)確地對空間場景信息進(jìn)行數(shù)字化采集與記錄。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明的三維掃描系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0030]圖2是本發(fā)明的三維掃描系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖3