CN106767394B - 一种对物体进行三维扫描的方法、装置及系统 - Google Patents

一种对物体进行三维扫描的方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种对物体进行三维扫描的方法、装置及系统，涉及立体扫描技术，用以提高对物体进行三维扫描的速度。本发明的对物体进行三维扫描的方法包括：在利用深度摄像头对目标物体进行拍摄时，获取目标物体的直射点在摄像头坐标系中的三维坐标；获取所述目标物体的反射点的成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标，其中所述成像点是所述反射点在对应的反射镜中的成像点；根据所述成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标。本发明主要用于对物体进行三维扫描的技术中。

Description

一种对物体进行三维扫描的方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及立体扫描技术，尤其涉及一种对物体进行三维扫描的方法、装置及系统。
背景技术
3D(three dimensional，三维)扫描仪可以用来获取物体的三维信息。其中，3D扫描仪的原理是利用发光器件发射出激光束或载波红外线或结构光等光线，光线照射到物体上后反射回3D扫描仪的摄像头中。然后，3D扫描仪通过分析物体成像来计算出物体上每一点的三维信息。
由于大多数3D扫描仪的发光器件和摄像头位置固定，因此每次扫描只能获取物体某一角度的三维信息。如果需要获取物体的整个三维信息，则需转动物体或围绕物体改变3D扫描仪的位置进行多次扫描，并将多次扫描的结果进行拼接。
由于在上述对物体进行三维扫描的过程中需要使物体转动并进行多次扫描，因而利用现有方案对物体进行三维扫描的速度较慢。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种对物体进行三维扫描的方法、装置及系统，用以提高对物体进行三维扫描的速度。
为解决上述技术问题，本发明提供一种对物体进行三维扫描的方法，包括：
在利用深度摄像头对目标物体进行拍摄时，获取目标物体的直射点在摄像头坐标系中的三维坐标；
获取所述目标物体的反射点的成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标，其中所述成像点是所述反射点在对应的反射镜中的成像点；
根据所述成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标。
优选的，所述根据所述成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标，包括：
获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜所在的反射镜坐标系的转换参数；
根据所述转换参数和所述成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述成像点在所述反射镜坐标系中的三维坐标；
根据所述成像点在所述反射镜坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述反射镜坐标系中的三维坐标；
根据所述转换参数和所述反射点在所述反射镜坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标。
优选的，所述获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜所在的反射镜坐标系的转换参数，包括：
获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜坐标系的平移向量；
获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜坐标系的旋转矩阵。
优选的，所述获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜坐标系的旋转矩阵，包括：
任意选定两个标记点，使得所述两个标记点组成的线段垂直于所述反射镜所在的平面；
分别获取所述两个标记点在所述摄像头坐标系中的三维坐标；
根据所述两个标记点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述线段的方向向量在所述摄像头坐标系中的三维坐标；
根据所述线段的方向向量在所述摄像头坐标系中的三维坐标和所述摄像头坐标系获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜坐标系的旋转矩阵；
所述旋转矩阵为：
ZD×VD是ZD与VD的向量积，[V]X为向量v 的向量积矩阵，其中
其中R表示旋转矩阵，ZD表示所述摄像头坐标系的Z轴，VD表示所述反射镜坐标系的Z轴，I表示单位矩阵。
优选的，所述根据所述成像点在所述反射镜坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述反射镜坐标系中的三维坐标，包括：
获取坐标转换函数；
利用所述坐标转换函数对所述成像点在所述反射镜坐标系中的三维坐标进行运算，获取所述反射点在所述反射镜坐标系中的三维坐标。
优选的，所述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标表示为：
XD＝XMR-1-T；
其中，XD表示所述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标，XM表示所述反射点在所述反射镜坐标系中的三维坐标，R表示旋转矩阵，T表示平移向量。
第二方面，本发明提供一种对物体进行三维扫描的装置，包括：
第一获取单元，用于在对目标物体进行拍摄时，获取目标物体的直射点在摄像头坐标系中的三维坐标；
第二获取单元，用于获取所述目标物体的反射点的成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标，其中所述成像点是所述反射点在对应的反射镜中的成像点；
第三获取单元，用于根据所述成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标。
优选的，所述第二获取单元包括：
第一获取子模块，用于获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜所在的反射镜坐标系的转换参数；
第二获取子模块，用于根据所述转换参数和所述成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述成像点在所述反射镜坐标系中的三维坐标；
第三获取子模块，用于根据所述成像点在所述反射镜坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述反射镜坐标系中的三维坐标；
第四获取子模块，用于根据所述转换参数和所述反射点在所述反射镜坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标。
优选的，所述第一获取子模块包括：
向量获取子模块，用于获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜坐标系的平移向量；以及
矩阵获取子模块，用于获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜坐标系的旋转矩阵。
优选的，所述矩阵获取子模块具体用于：
任意选定两个标记点，使得所述两个标记点组成的线段垂直于所述反射镜所在的平面；
分别获取所述两个标记点在所述摄像头坐标系中的三维坐标；
根据所述两个标记点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述线段的方向向量在所述摄像头坐标系中的三维坐标；
根据所述线段的方向向量在所述摄像头坐标系中的三维坐标和所述摄像头坐标系获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜坐标系的旋转矩阵；
所述旋转矩阵为：
ZD×VD是ZD与VD的向量积，[V]X为向量v 的向量积矩阵，其中
其中R表示旋转矩阵，ZD表示所述摄像头坐标系的Z轴，VD表示所述反射镜坐标系的Z轴，I表示单位矩阵。
优选的，所述第三获取子模块具体用于：获取坐标转换函数；利用所述坐标转换函数对所述成像点在所述反射镜坐标系中的三维坐标进行运算，获取所述反射点在所述反射镜坐标系中的三维坐标；
所述第四获取模块获取的述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标表示为：
XD＝XMR-1-T；
其中，XD表示所述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标，XM表示所述反射点在所述反射镜坐标系中的三维坐标，R表示旋转矩阵，T表示平移向量。
第三方面，本发明提供一种对物体进行三维扫描的系统，包括：至少一个深度摄像头和至少一个反射镜；
所述深度摄像头用于：在对目标物体进行拍摄时，获取目标物体的直射点在摄像头坐标系中的三维坐标；获取所述目标物体的反射点的成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标，其中所述成像点是所述反射点在对应的反射镜中的成像点；根据所述成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标；
所述反射镜用于对所述目标物体进行反射，形成所述反射点的成像点。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
在本发明实施例中，在利用深度摄像头对物体进行拍摄时，直接获得目标物体的直射点在摄像头坐标系中的三维坐标。对于反射点，通过对其在反射镜的成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标进行转换而获得反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标。进而通过直射点的三维坐标和反射点的三维坐标获得目标物体的三维信息。由上可以看出，利用本发明实施例的方案可以无需像现有技术那样转动物体并进行多次扫描，而是通过利用反射点的三维坐标转换获得摄像头无法直接获得的反射点的坐标。因而，利用本发明实施例的方案提高了对物体进行三维扫描的速度。
附图说明
图1为本发明实施例一的对物体进行三维扫描的方法的流程图；
图2为本发明实施例二中反射点和成像点的关系示意图；
图3为本发明实施例二的对物体进行三维扫描的方法的流程图；
图4为本发明实施三的对物体进行三维扫描的装置的示意图；
图5为本发明实施四的对物体进行三维扫描的系统的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明实施例中，首先对几个概念做如下解释。目标物体指的是待获得其三维信息的物体。其中该目标物体可以是任意形状的物体。对于该目标物体，在具体应用中可以认为其是由无数个点组成的。其中，直射点指的是利用深度摄像头能够直接拍摄的到的目标物体的一侧上的点；反射点指的是利用深度摄像头不能直接拍摄的到的目标物体的一侧上的点。下文的成像点，指的是反射点在反射镜中的像点。通过获取目标物体上的各个直射点和反射点的三维坐标即完了对物体的三维扫描。
由于物体自身遮挡等问题，常常导致无法利用深度摄像头直接获得反射点在深度摄像头的摄像头坐标系中的三维坐标，因此，在本发明实施例中，通过将反射点在反射镜中的成像点在摄像头坐标系中的三维坐标进行转换获得反射点在摄像头坐标系中的三维坐标。对于深度摄像头所在的坐标系以下称为摄像头坐标系，该坐标系的原点为深度摄像头光心，其x-y平面为深度摄像头传感器所在的平面；反射镜所在的坐标系称为反射镜坐标系，其中该坐标系的x-y平面为反射镜所在的平面，原点可为反射镜平面上的任意一点。
如图1所示，本发明实施例一的对物体进行三维扫描的方法，包括：
步骤11、在利用深度摄像头对目标物体进行拍摄时，获取目标物体的直射点在摄像头坐标系中的三维坐标。
在此步骤中，由于直射点是利用深度摄像头能够直接拍摄到的目标物体一侧上的一点，因此，可通过深度摄像头的成像原理获得直射点在深度摄像头的摄像头坐标系中的三维坐标。其中，在本发明实施例中深度摄像头可以选用ToF(Time of Flight，飞行时间)摄像头，例如微软公司的Kinect2.0或者英特尔公司的RealSense深度摄像头。
步骤12、获取所述目标物体的反射点的成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标，其中所述成像点是所述反射点在对应的反射镜中的成像点。
由于成像点是在反射镜中，因此，在此实施例中利用深度摄像头可直接拍摄到反射镜中的成像点，进而在此步骤中可通过深度摄像头的成像原理获得成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标。
步骤13、根据所述成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标。
在此步骤中，可首先获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜所在的反射镜坐标系的转换参数。其中所述转换参数包括从所述摄像头坐标系到所述反射镜坐标系的平移向量和从所述摄像头坐标系到所述反射镜坐标系的旋转矩阵。
然后，根据所述转换参数和所述成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述成像点在所述反射镜坐标系中的三维坐标。
接着，根据所述成像点在所述反射镜坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述反射镜坐标系中的三维坐标。
最后，再根据所述转换参数和所述反射点在所述反射镜坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标。
对于目标物体上的每个反射点均可按照上述方式获取其在摄像头坐标系中的三维坐标。然后，通过获取的各直射点和反射点在摄像头坐标系中的坐标即可确定目标物体的三维信息。
由上可以看出，利用本发明实施例的方案可以无需像现有技术那样转动物体并进行多次扫描，而是通过利用反射点的三维坐标转换获得摄像头无法直接获得的反射点的坐标。因而，利用本发明实施例的方案提高了对物体进行三维扫描的速度。
以下结合实施例二详细描述一下本发明实施例的对物体进行三维扫描的方法的实现过程。
在实施例二中，利用一个深度摄像头和若干个反射镜来确定目标物体的三维信息。如前所述，深度摄像头可以选用ToF摄像头，例如微软公司的Kinect2.0或者英特尔公司的RealSense深度摄像头。其中，深度摄像头至少包括一个红外激光或结构光发射器、一个红外或彩色摄像头。在具体应用中，深度摄像头可以通过分析摄像头成像计算出每一个像素的深度信息。
在具体应用中，将若干反射镜分别置于不同位置，并将目标物体放置于反射镜和深度摄像头之间，使得深度摄像头可以直接获取目标物体的任意一个角度的图像并依此计算其深度图，也即获得目标物体的该角度的直射点的深度图，在此，将该深度图称为直射深度图。同时，深度摄像头可以通过反射镜获取目标物体在其他角度通过反射镜反射的图像，并计算反射后的深度图。在此将该深度图称为反射深度图。
根据前述实施例的描述可以得知，在本发明实施例中，可根据反射镜与深度摄像头之间的相对位置关系推算出反射深度图与直射深度图之间的对应关系，从而对反射深度图进行相应的旋转和平移，获得目标物体的三维信息。在放置反射镜的时候，为了保证高效的获取目标物体的三维信息，需使得反射镜的位置满足以下两个条件：
(1)、从深度摄像头的红外发射器或结构光发射器发出的光线，经某一反射镜和目标物体漫反射后，不会再入射到其他的反射镜中而对深度摄像头造成干扰。(2)、保证目标物体经过反射镜后在深度摄像头中所成的像与目标物体直接在深度摄像头中的成像不重叠。
如图2所示，假设某个目标物体上的一点q因为目标物体自身遮挡的原因不能被深度摄像头直接拍摄，但通过反射镜M进行反射后的成像点可被深度摄像头拍摄。实际应用中，深度摄像头通过自身红外激光或结构光发射器发射出的带有相位信息的红外激光或结构光，经过反射镜的平面反射后照射在q点上。q点对红外激光或结构光进行漫反射，反射后的光线形成不同方向的红外激光或结构光光线。这些不同方向的光线再经反射镜反射后入射到深度摄像头的摄像头中成像p’。
在具体应用中，该反射镜的放置需要满足以上两个条件从而使得p和p’不重合。
如图3所示，本发明实施例二的对物体进行三维扫描的方法，包括：
步骤21、在利用深度摄像头对目标物体进行拍摄时，获取目标物体的直射点在摄像头坐标系中的三维坐标。
步骤22、获取所述目标物体的反射点的成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标。
其中，步骤21和步骤22可参照前述实施例一的描述。
步骤23、根据所述成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标。
在具体应用中，深度摄像头根据发射和接收到的红外激光相位差或结构光图像变化可计算得到p’的深度。通过图2可以看出，假如目标物体没有自身遮挡问题，q点在深度摄像头中的坐标应为点p，而实际中使用反射镜反射q点光线后深度摄像头所获取的像为p’，而p’是q在反射镜中的像q’在深度摄像头上的投影。因此，在此实施例中需要将获取到的q’在摄像头坐标系中的三维坐标转换为q在摄像头坐标系中的三维坐标转换。也就是说，在此实施例中，需要将反射深度图按照一定的转换关系转换到直射深度图的坐标系中。该坐标转换通过如下方法实现。
步骤231、获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜所在的反射镜坐标系的转换参数。
其中所述转换参数包括从所述摄像头坐标系到所述反射镜坐标系的平移向量和从所述摄像头坐标系到所述反射镜坐标系的旋转矩阵。该步骤包括以下过程：
步骤231a、获取深度摄像头坐标系原点到反射镜坐标系原点的平移向量。
如前所述，摄像头坐标系的原点为深度摄像头光心，其x-y平面为深度摄像头传感器所在的平面；反射镜坐标系的x-y平面为反射镜所在的平面，原点可为反射镜平面上的任意一点。因此，通过两个坐标系中原点的三维坐标可以确定出深度摄像头坐标系原点到反射镜坐标系原点的平移向量为T。
步骤231b、获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜坐标系的旋转矩阵。
其中，深度摄像头坐标系到反射镜坐标系的旋转矩阵R可通过测量标定的方法获得。
在该步骤中，任意选定两个标记点，使得这两标记点组成的线段垂直于反射镜所在的平面。具体的，可首先分别获取所述两个标记点在所述摄像头坐标系中的三维坐标，然后根据所述两个标记点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述线段的方向向量V在所述摄像头坐标系中的三维坐标VD。其中，根据前述的描述可以得出，方向向量V在反射镜坐标系中是该反射镜坐标系的Z轴。
方向向量V在所述摄像头坐标系中的三维坐标VD的具体数值由两标记点在深度摄像头坐标系的三维坐标决定。以其中一个标记点为例，假设该标记点在深度摄像头的图像坐标为(x，y)，深度值为z，z是米制绝对深度值，则该标记点在摄像头坐标系的值(xD,yD,zD)分别为：
xD＝(x-cx)*z/fx
yD＝(y-cy)*z/fy
zD＝z
其中，cx,cy,fx,fy为深度摄像头内参，分别代表深度摄像头光学在图像上投影的横坐标，纵坐标，焦距(以横向像素数为单位)，焦距(以纵向像素数为单位)。
按照上述方式获得另外一个标记点的三维坐标，进而根据两个标记点的三维坐标得出方向向量V在所述摄像头坐标系中的三维坐标VD。
然后，根据所述线段的方向向量在所述摄像头坐标系中的三维坐标和所述摄像头坐标系可获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜坐标系的旋转矩阵R。旋转矩阵R即为摄像头坐标系的z轴ZD到反射镜坐标系的z轴(VD)的旋转矩阵。旋转矩阵R的具体计算方法如下：
ZD×VD是ZD与VD的向量积，[V]X为向量v 的向量积矩阵，其中
其中，I表示单位矩阵。
步骤232、根据所述转换参数和所述成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述成像点在所述反射镜坐标系中的三维坐标。
假设点q’在摄像头坐标系的三维坐标为X'D，因此可计算出q’在反射镜坐标系的三维坐标X'M,X'M＝X'DR+T。
步骤233、根据所述成像点在所述反射镜坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述反射镜坐标系中的三维坐标。
步骤233a、获取坐标转换函数。
在此，假设设坐标转换函数mp(x,y,z)＝(x,y,-z)。
步骤233b、利用所述坐标转换函数对所述成像点在所述反射镜坐标系中的三维坐标进行运算，获取所述反射点在所述反射镜坐标系中的三维坐标。
由于反射镜坐标系的x-y平面为反射镜平面，因此点q与其像点q’在x轴，y轴上的值均相等，只在z轴上的值相反。因此，利用该函数可计算点q在反射镜坐标系中的三维坐标XM为：XM＝mp(X'M)。
步骤234、根据所述转换参数和所述反射点在所述反射镜坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标。
在此，将q点在反射镜坐标系中的三维坐标XM转换到其在摄像头坐标系的三维坐标。根据上述获得的q’在反射镜坐标系的三维坐标和坐标转换函数，最终获取q点在摄像头坐标系中的三维坐标XD＝XMR-1-T。
由上可以看出，利用本发明实施例的方案可以无需像现有技术那样转动物体并进行多次扫描，而是通过利用反射点的三维坐标转换获得摄像头无法直接获得的反射点的坐标。因而，利用本发明实施例的方案提高了对物体进行三维扫描的速度。
如图4所示，本发明实施例三的对物体进行三维扫描的装置，包括：
第一获取单元41，用于在对目标物体进行拍摄时，获取目标物体的直射点在摄像头坐标系中的三维坐标；第二获取单元42，用于获取所述目标物体的反射点的成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标，其中所述成像点是所述反射点在对应的反射镜中的成像点；第三获取单元43，用于根据所述成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标。
其中，所述第二获取单元42可包括：第一获取子模块，用于获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜所在的反射镜坐标系的转换参数；第二获取子模块，用于根据所述转换参数和所述成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述成像点在所述反射镜坐标系中的三维坐标；第三获取子模块，用于根据所述成像点在所述反射镜坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述反射镜坐标系中的三维坐标；第四获取子模块，用于根据所述转换参数和所述反射点在所述反射镜坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标。
具体的，所述第一获取子模块可包括：向量获取子模块，用于获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜坐标系的平移向量；以及矩阵获取子模块，用于获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜坐标系的旋转矩阵。
其中，所述矩阵获取子模块具体用于：
任意选定两个标记点，使得所述两个标记点组成的线段垂直于所述反射镜所在的平面；
分别获取所述两个标记点在所述摄像头坐标系中的三维坐标；
根据所述两个标记点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述线段的方向向量在所述摄像头坐标系中的三维坐标；
根据所述线段的方向向量在所述摄像头坐标系中的三维坐标和所述摄像头坐标系获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜坐标系的旋转矩阵；
所述旋转矩阵为：
ZD×VD是ZD与VD的向量积，[V]X为向量v 的向量积矩阵，其中
其中R表示旋转矩阵，ZD表示所述摄像头坐标系的Z轴，VD表示所述反射镜坐标系的Z轴，I表示单位矩阵。
其中，所述第三获取子模块具体用于：获取坐标转换函数；利用所述坐标转换函数对所述成像点在所述反射镜坐标系中的三维坐标进行运算，获取所述反射点在所述反射镜坐标系中的三维坐标；
所述第四获取模块获取的述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标表示为：
XD＝XMR-1-T；
其中，XD表示所述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标，XM表示所述反射点在所述反射镜坐标系中的三维坐标，R表示旋转矩阵，T表示平移向量。
本发明所述装置的工作原理可参照前述方法实施例的描述，该装置可位于深度摄像头中。
由上可以看出，利用本发明实施例的方案可以无需像现有技术那样转动物体并进行多次扫描，而是通过利用反射点的三维坐标转换获得摄像头无法直接获得的反射点的坐标。因而，利用本发明实施例的方案提高了对物体进行三维扫描的速度。
如图5所示，本发明实施例四的对物体进行三维扫描的系统50，包括：至少一个深度摄像头51和至少一个反射镜52；
所述深度摄像头51用于：在对目标物体进行拍摄时，获取目标物体的直射点在摄像头坐标系中的三维坐标；获取所述目标物体的反射点的成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标，其中所述成像点是所述反射点在对应的反射镜中的成像点；根据所述成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标；所述反射镜52用于对所述目标物体进行反射，形成所述反射点的成像点。
本发明所述系统的工作原理可参照前述方法实施例的描述。
由上可以看出，利用本发明实施例的方案可以无需像现有技术那样转动物体并进行多次扫描，而是通过利用反射点的三维坐标转换获得摄像头无法直接获得的反射点的坐标。因而，利用本发明实施例的方案提高了对物体进行三维扫描的速度。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种对物体进行三维扫描的方法，其特征在于，包括：
在利用深度摄像头对目标物体进行拍摄时，获取目标物体的直射点在摄像头坐标系中的三维坐标；
获取所述目标物体的反射点的成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标，其中所述成像点是所述反射点在对应的反射镜中的成像点；
根据所述成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标；
所述根据所述成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标，包括：
获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜所在的反射镜坐标系的转换参数；
根据所述转换参数和所述成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述成像点在所述反射镜坐标系中的三维坐标。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述转换参数和所述成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述成像点在所述反射镜坐标系中的三维坐标的步骤之后,所述方法还包括：
根据所述成像点在所述反射镜坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述反射镜坐标系中的三维坐标；
根据所述转换参数和所述反射点在所述反射镜坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜所在的反射镜坐标系的转换参数，包括：
获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜坐标系的平移向量；
获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜坐标系的旋转矩阵。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜坐标系的旋转矩阵，包括：
任意选定两个标记点，使得所述两个标记点组成的线段垂直于所述反射镜所在的平面；
分别获取所述两个标记点在所述摄像头坐标系中的三维坐标；
根据所述两个标记点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述线段的方向向量在所述摄像头坐标系中的三维坐标；
根据所述线段的方向向量在所述摄像头坐标系中的三维坐标和所述摄像头坐标系获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜坐标系的旋转矩阵；
所述旋转矩阵为：
ZD×VD是ZD与VD的向量积，[V]X为向量v的向 量积矩阵，其中
其中R表示旋转矩阵，ZD表示所述摄像头坐标系的Z轴，VD表示所述反射镜坐标系的Z轴，I表示单位矩阵。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述成像点在所述反射镜坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述反射镜坐标系中的三维坐标，包括：
获取坐标转换函数；
利用所述坐标转换函数对所述成像点在所述反射镜坐标系中的三维坐标进行运算，获取所述反射点在所述反射镜坐标系中的三维坐标。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标表示为：
XD＝XMR-1-T；
其中，XD表示所述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标，XM表示所述反射点在所述反射镜坐标系中的三维坐标，R表示旋转矩阵，T表示平移向量。
7.一种对物体进行三维扫描的装置，其特征在于，包括：
第一获取单元，用于在对目标物体进行拍摄时，获取目标物体的直射点在摄像头坐标系中的三维坐标；
第二获取单元，用于获取所述目标物体的反射点的成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标，其中所述成像点是所述反射点在对应的反射镜中的成像点；
第三获取单元，用于根据所述成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标；
所述第二获取单元包括：
第一获取子模块，用于获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜所在的反射镜坐标系的转换参数；
第二获取子模块，用于根据所述转换参数和所述成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述成像点在所述反射镜坐标系中的三维坐标。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二获取单元还包括：
第三获取子模块，用于根据所述成像点在所述反射镜坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述反射镜坐标系中的三维坐标；
第四获取子模块，用于根据所述转换参数和所述反射点在所述反射镜坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一获取子模块包括：
向量获取子模块，用于获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜坐标系的平移向量；
矩阵获取子模块，用于获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜坐标系的旋转矩阵。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述矩阵获取子模块具体用于：
任意选定两个标记点，使得所述两个标记点组成的线段垂直于所述反射镜所在的平面；
分别获取所述两个标记点在所述摄像头坐标系中的三维坐标；
根据所述两个标记点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述线段的方向向量在所述摄像头坐标系中的三维坐标；
根据所述线段的方向向量在所述摄像头坐标系中的三维坐标和所述摄像头坐标系获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜坐标系的旋转矩阵；
所述旋转矩阵为：
ZD×VD是ZD与VD的向量积，[V]X为向量v的向 量积矩阵，其中
其中R表示旋转矩阵，ZD表示所述摄像头坐标系的Z轴，VD表示所述反射镜坐标系的Z轴，I表示单位矩阵。
11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第三获取子模块具体用于：获取坐标转换函数，并利用所述坐标转换函数对所述成像点在所述反射镜坐标系中的三维坐标进行运算，获取所述反射点在所述反射镜坐标系中的三维坐标；
所述第四获取子模块获取的述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标表示为：
XD＝XMR-1-T；
其中，XD表示所述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标，XM表示所述反射点在所述反射镜坐标系中的三维坐标，R表示旋转矩阵，T表示平移向量。
12.一种对物体进行三维扫描的系统，其特征在于，包括：至少一个深度摄像头和至少一个反射镜；
所述深度摄像头用于：在对目标物体进行拍摄时，获取目标物体的直射点在摄像头坐标系中的三维坐标；获取所述目标物体的反射点的成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标，其中所述成像点是所述反射点在对应的反射镜中的成像点；根据所述成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标；
所述反射镜用于对所述目标物体进行反射，形成所述反射点的成像点；
所述根据所述成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述反射点在所述摄像头坐标系中的三维坐标，包括：
获取从所述摄像头坐标系到所述反射镜所在的反射镜坐标系的转换参数；
根据所述转换参数和所述成像点在所述摄像头坐标系中的三维坐标获取所述成像点在所述反射镜坐标系中的三维坐标。
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