CN107170035B - 一种高反光物体扫描方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高反光物体扫描测绘方法和系统，包括以下步骤：(1)为被扫描物体增加参照物，所述参照物放置在被扫描物体周围或表面；(2)对被扫描物采用摄像设备按照不同角度进行环物扫描拍摄，(3)在被扫描物表面喷涂哑光涂层或用光学系统投射光斑、杂点、二维码；(4)用一个或多个摄像设备对经过步骤(3)处理的被扫描物进行多角度环物拍摄，获取被扫描物的各个顶点、棱边数据；(5)对步骤(4)中获取的图像进行计算，得出被扫描物的几何顶点、几何边和几何表面的模型；(6)根据步骤(1)中获取的参照物信息，将步骤(2)中获取的图像代入到步骤(5)得到的模型中，生成被扫描物的顶点色彩和贴图信息，生成最终模型。

Description

一种高反光物体扫描方法及其系统
技术领域
本发明属于三维扫描行业，尤其是涉及一种高反光物体扫描方法及其系统。
背景技术
以前的图像测绘学，俗称照片建模，使用多张图片中的像素点匹配比对获得被扫描物体的几何顶点和RGB颜色信息，从而生成三维点云和三维模型。但该方案无法或较难扫描表面光滑、反光强烈的物体。这类物体被称为高光物体。高光物体在照片中的呈现通常有强烈的高光区和反射区影像，这些区域的像素点会对匹配比对结果产生干扰，从而无法正确求出三维顶点准确位置，或产生误差。传统方案会采取在高光物体表面喷涂哑光涂料来使高反光表面变成低反光的漫反射粗糙表面，这样抑制了照片中的高光区和反射区像素干扰，然后再进行像素的匹配比对，求出几何顶点相对准确的位置。但这种方案会使哑光涂料覆盖物体的原始表面，从而在计算RGB颜色信息及投射材质贴图时无法真实体现物体原本的色彩属性，仅能体现喷涂哑光涂料后的表面色彩。
发明内容
为了弥补上述高反光物体扫描过程中出现的诸多缺陷，本发明提出一种高反光物体扫描测绘方法及其系统。
一种高反光物体扫描测绘方法，包括以下步骤：
(1)为被扫描物体增加参照物，所述参照物放置在被扫描物体周围或表面；
(2)对被扫描物采用一个或多个摄像设备按照不同角度进行环物扫描拍摄，获取被扫描物的表面图像数据；
(3)在被扫描物表面喷涂哑光涂层，或贴纸，或用光学系统投射光斑、杂点、二维码之一；
(4)用一个或多个摄像设备对经过步骤(3)处理的被扫描物进行多角度环物拍摄，获取被扫描物的各个顶点、棱边数据；
(5)对步骤(4)中获取的图像进行计算，得出被扫描物的几何顶点、几何边和几何表面的模型；
(6)根据步骤(1)中获取的参照物信息，将步骤(2)中获取的图像代入到步骤(5)得到的模型中，生成被扫描物的顶点色彩和贴图信息，生成最终模型。
进一步的，所述参照物为标定纸或识别码贴纸或利用光学系统投射的光斑、杂点、二维码之一。
进一步的，所述哑光涂层材料为贴纸、显影剂、喷漆或粉末。
一种用于上述述的高反光物体扫描测绘方法的系统，包括放置被扫描物和参照物的平台，所述平台外侧固定有拍摄支架，所述拍摄支架上设有至少一个摄像头。
进一步的，所述拍摄支架上固定有上摄像头、中摄像头和下摄像头三个，所述下摄像头不高于所述平台表面。
进一步的，所述拍摄支架包括支柱，所述支柱下部固定有滑轮，所述上摄像头、所述中摄像头和所述下摄像头依次固定在所述支柱上。
进一步的，还包括固定在所述平台外侧的轨道，所述滑轮滑动连接在所述轨道上。
进一步的，所述轨道外侧还固定有环形挡板，所述环形挡板上设有齿条，所述支柱上设有步进电机，所述步进电机通过齿轮与所述齿条啮合到一起。
进一步的，还包括控制器，所述控制器分别与所述步进电机和所述摄像设备电连接。
采用本发明的方法，采用双重扫描对扫描物体先根据拍摄到的顶点和边的数据进行构建，生成被扫描物由顶点和边线构成的数据模型，然后再根据拍摄到的各个角度的图像，对各个平面进行覆盖填充，采用本发明双重扫描计算方式，生成的图像更加逼真，可同时获得高光物体的几何顶点信息和色彩信息的优点。
附图说明
图1为本发明方法的流程示意图；
图2为本发明系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
结合图1，本发明一种实施方式。
一种高反光物体扫描测绘方法，包括以下步骤：
(1)为被扫描物体增加参照物，所述参照物放置在被扫描物体周围或表面；
(2)对被扫描物采用一个或多个摄像设备按照不同角度进行环物扫描拍摄，获取被扫描物的表面图像数据；
(3)在被扫描物表面喷涂哑光涂层或用光学系统投射光斑、杂点、二维码；
(4)用一个或多个同型号摄像设备对经过步骤(3)处理的被扫描物进行多角度环物拍摄，获取被扫描物的各个顶点、棱边数据；
(5)对步骤(4)中获取的图像进行计算，得出被扫描物的几何顶点、几何边和几何表面的模型；
(6)根据步骤(1)中获取的参照物信息，将步骤(2)中获取的图像代入到步骤(5)得到的模型中，生成被扫描物的顶点色彩和贴图信息，生成最终模型。
本方法中，在被拍摄物体周围或被拍摄物体表面放置位置相对固定的参照物，如标定纸、识别码贴纸等。使用一个或多个拍摄设备如手机、相机、录像机、摄像头等对被拍摄物体进行多角度拍摄照片或录像。本步骤可以使用或不使用辅助手段，如相机偏光滤镜、哑光涂料等消除被拍摄物体表面的高光反射。辅助手段有助于获得精准的物体色彩信息，但不是必须。本步骤拍摄获得的照片或录像，将用于生成物体的色彩信息和材质贴图。使用哑光物质喷涂或覆盖被拍摄物体表面，比如显影剂、喷漆、粉末等物质吸附在被拍摄物体表面，使被拍摄物体的表面呈漫反射状态。使用一个或多个拍摄设备如手机、相机、录像机、摄像头等对被拍摄物体进行多角度拍摄照片或录像。本步骤拍摄获得的照片或录像，将用于生成物体的几何顶点信息、点云和多边形表面。使用拍摄的照片或录像，通过图像测绘学计算出被拍摄物体的几何顶点信息。使用照片或录像，通过图像测绘学计算出被拍摄物体的顶点色彩信息、点云色彩信息和材质贴图。
进一步的，所述参照物为标定纸或识别码贴纸或利用光学系统投射的光斑、杂点、二维码之一。
进一步的，所述哑光涂层材料为贴纸、显影剂、喷漆或粉末，或利用光学系统投射的光斑、杂点、二维码之一。
一种用于上述述的高反光物体扫描测绘方法的系统，包括放置被扫描物和参照物的平台，所述平台外侧固定有拍摄支架，所述拍摄支架上设有至少一个摄像头。
进一步的，所述拍摄支架上固定有上摄像头、中摄像头和下摄像头三个，所述下摄像头不高于所述平台表面。
进一步的，所述拍摄支架包括支柱，所述支柱下部固定有滑轮，所述上摄像头、所述中摄像头和所述下摄像头依次固定在所述支柱上。
进一步的，还包括固定在所述平台外侧的轨道，所述滑轮滑动连接在所述轨道上。
进一步的，所述轨道外侧还固定有环形挡板，所述环形挡板上设有齿条，所述支柱上设有步进电机，所述步进电机通过齿轮与所述齿条啮合到一起。
进一步的，还包括控制器，所述控制器分别与所述步进电机和所述摄像设备电连接。
上述实施例中，一种高反光物体扫描测绘系统还可以如图2所示，包括放置被扫描物和参照物的平台1，所述平台外侧固定有拍摄支架，所述拍摄支架上设有至少一个摄像头。
所述拍摄支架上固定有上摄像头21、中摄像头22和下摄像头23三个，所述下摄像头不高于所述平台表面。
所述拍摄支架包括支柱3，所述支柱下部固定有滑轮4，所述上摄像头、所述中摄像头和所述下摄像头依次固定在所述支柱上。
还包括固定在所述平台外侧的环形轨道5，所述轨道以所述平台中心为圆心，所述滑轮滑动连接在所述轨道上。
所述轨道外侧还固定有环形挡板6，所述环形挡板上设有齿条7，所述支柱上设有步进电机8，所述步进电机通过齿轮9与所述齿条啮合到一起。
还包括控制器，所述控制器分别与所述步进电机和所述摄像设备电连接。
为了提高扫描拍摄效率，本发明采用平台上摆放被扫描物，然后在被扫描物周围安装带有多个摄像头的支架来进行扫描。本发明的支架，可以为多个支柱的框架，将平台包围起来，也可以采用单支柱的支架，利用人工或者电动使其可以围绕被扫描物进行圆周转动拍摄，起到多角度拍摄作用。为了使其运动过程中更加稳定，本发明采用加装环形轨道的方式，利用环形轨道稳定滑轮的运动轨迹。同时在使用电动运动的时候，可以通过加装挡板和齿条，使支柱通过电机带动下进行运动。为了提高运动的精准度，本发明的电机采用步进电机，同时为了提高本发明的的智能化程度，采用控制器对摄像设备和步进电机进行控制。控制器可以采用电脑或者PLC，甚至可以采用远程网络遥控方式进行控制。
上述实施例中，摄像设备可以采用同型号也可以采用不同型号，关于不同型号相机拍摄的图像匹配方式如下：计算机软件会读取并分析每张照片的像素点，例如每张照片寻找4万个特征点，比对这张照片和其它照片的特征点相似度，进行配对。同一个特征点被3个以上图像记录时，则可计算该特征点的相对空间位置，以及每张照片的空间位置。算法对像素点的识别有容差性，不同分辨率、白平衡、曝光度情况下拍摄的图像只要能被识别出同一个特征点就可以兼容。容差性算法是软件的重要组成部分，即便是同一台相机，拍摄的一系列照片也会存在色差、曝光差，例如延时摄影通常需要后期统一校色。所以本发明中不强制使用同一种型号的相机，使用同型号或者不同型号都可以。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高反光物体扫描测绘方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)为被扫描物体增加参照物，所述参照物放置在被扫描物体周围或表面；
(2)对被扫描物采用一个或多个摄像设备按照不同角度进行环物扫描拍摄，获取被扫描物的表面图像数据；
(3)在被扫描物表面喷涂哑光涂层，或贴纸，或用光学系统投射光斑、杂点、二维码之一；
(4)用一个或多个摄像设备对经过步骤(3)处理的被扫描物进行多角度环物拍摄，获取被扫描物的各个顶点、棱边数据；
(5)对步骤(4)中获取的图像进行计算，得出被扫描物的几何顶点、几何边和几何表面的模型；
(6)根据步骤(1)中获取的参照物信息，将步骤(2)中获取的图像代入到步骤(5)得到的模型中，生成被扫描物的顶点色彩和贴图信息，生成最终模型。
2.根据权利要求1所述的高反光物体扫描测绘方法，其特征在于，所述参照物为标定纸或识别码贴纸或利用光学系统投射的光斑、杂点、二维码之一。
3.根据权利要求2所述的高反光物体扫描测绘方法，其特征在于，所述哑光涂层材料为显影剂、喷漆或粉末。
4.一种用于权利要求1-3任意一项权利要求所述的高反光物体扫描测绘方法的系统，其特征在于，包括放置被扫描物和参照物的平台，所述平台外侧固定有拍摄支架，所述拍摄支架上设有至少一个摄像头。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述拍摄支架上固定有上摄像头、中摄像头和下摄像头三个，所述下摄像头不高于所述平台表面。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述拍摄支架包括支柱，所述支柱下部固定有滑轮，所述上摄像头、所述中摄像头和所述下摄像头依次固定在所述支柱上。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括固定在所述平台外侧的轨道，所述滑轮滑动连接在所述轨道上。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述轨道外侧还固定有环形挡板，所述环形挡板上设有齿条，所述支柱上设有步进电机，所述步进电机通过齿轮与所述齿条啮合到一起。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括控制器，所述控制器分别与所述步进电机和所述摄像设备电连接。
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