CN107464283A - 一种三维空间信息采集分析处理的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三维空间信息采集分析处理的方法，包括以下步骤：步骤S1：启动三维空间扫描装置对三维空间进行扫描，采集三维空间图像数据；步骤S2：对所采集的三维空间图像数据进行建模处理，将三维空间图像数据按照扫描的时间顺序进行编码排序，并生成二维图像集；步骤S3：对每个二维图像集在三维坐标系内进行映射重合，构建接近三维空间内部形态，从而实现对室内三维空间大小的重建；并公开了三维空间信息采集分析处理装置，包括三维空间扫描装置、图像获取模块、图像处理模块和图像转换模块。本发明通过将二维图像集的每个点云信息通过映射得到的三维空间信息，从而快速地对室内空间的三维型进行重建。
Description
技术领域
本发明涉及空间测量与建模技术，尤其涉及一种三维空间信息采集分析处理的方法及装置。
背景技术
建筑消防系统是一个重大的民生工程，关系到人民的生命财产安全和消防官兵的生命安全，而且我们都无法预料消防事故会发生在哪些建筑物中,在建筑消防中，由于对消防设施以及建筑楼层的了解不充分，了解不够到位和全面，当消防事故发生后，会导致建筑楼层发生消防事故时很难及时找到合理的建筑楼层分布图并根据分布图进行制定合理的救援路径选择。目前，全国仅高层建筑就有数十万座，其余大大小小的建筑不计其数，这些建筑平面图纸都掌握在消防指挥中心，不论是设计和施工、日常监控还是消防实战等所涉及到的建筑图纸都未形成三维模型，也不能直观、高效地识别消防系统中遇到的各个建筑模型问题，因此我们需要对室内建筑的三维模型进行快速扫描建模，面对如此巨大的工作量，这将是一个艰巨的任务，传统的室内建筑模型是使用各种绘制手段，将建筑楼层表达出来，或者使用各种摄像机、照相机等进行测量，利用这些设备测量通常只能得到物体的平面图像，很难反应出室内建筑的三维模型结构信息，而且这些设备测量费用较高、测量速度较慢、劳动强度大，并且实时性要求较高，存在很大不确定性；当前最成熟的做法是通过现有的软件支持，例如3D、CAD、UG等来构建建筑楼层的三维模型数据，目前不少建筑物还没有CAD数据，这在消防救灾中就留下了漏洞，而且所得到的三维数据不够精确，因此通过计算机信息化手段升级消防系统，如何从多细节、多层次表达的角度出发，对室内空间的结构进行合理抽象，实现室内建筑的三维型进行重建，来恢复室内建筑的三维模型信息，已成为当前空间测量技术领域的共识。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三维空间信息采集分析处理的方法及装置，根据本发明的分析处理的方法及装置能对三维空间信息采集和处理，从而快速地对室内空间的三维型进行重建来恢复室内建筑的三维模型信息，大大降低了人工劳动强度，提高了工作效率，本发明采用的技术方案如下：
根据本发明的一个方面，提供了一种三维空间信息采集分析处理的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：启动三维空间扫描装置对三维空间进行扫描，采集三维空间图像数据；
步骤S2：对所采集的三维空间图像数据进行建模处理，将三维空间图像数据按照扫描的时间顺序进行编码排序，并生成二维图像集；
步骤S3：对每个二维图像集在三维坐标系内进行映射重合，构建接近三维空间内部形态，从而实现对室内三维空间大小的重现。
优选的，采集三维空间图像数据包括三维空间的扫描、三维空间的数据获取和三维空间数据的提取，从扫描的起始位置和结束位置逐步扫描，并获取三维图像数据，然后将所扫描的三维空间的每个面的图像按2048×2048像素大小切割成正方形片，直到切割到每个面的只剩下1张图像结束。
优选的，所述三维空间图像数据进行建模处理包括：将所扫描的三维空间图像数据安照扫描的时间顺序进行编码，再通过三维坐标系逐一投影到二维坐标系平面并获取连续分布成的二维面片图像；对连续分布的二维面片图像的轮廓进行描点，丢弃重复扫描区域或扫描不清晰的二维面片图像的轮廓，从而生成完整的二维面片集，用于三维空间重建。
优选的，对每个二维图像集在三维坐标系内进行映射重合包括：根据二维图像集所在的二维坐标(x，y)，找到以扫描装置所在的位置为原点O，建立以X轴、Y轴、Z轴为三维坐标系，在三维坐标内任意一点M的三维坐(Xi， Yi，Zi)，因此，二维图像集在三维坐标中投影的满足：
其中，H为投影矩阵，λ为常数。
根据本发明的一个方面，提供了一种三维空间信息采集分析处理装置，包括三维空间扫描装置、图像获取模块、图像处理模块和图像转换模块，所述三维空间扫描装置用于采集三维空间的图像数据，由图像获取模块得到三维空间内各个方向的原始图像数据，所述图像处理模块接收来自图像获取模块的原始图像数据并进行编码处理，然后生成二维图像集，所述图像转换模块接收来自所述图像处理模块生成的二维图像集转换成三维空间模型。
优选的，所述将扫描三维空间的原始图像数据中每个面的图像按2048×2048像素大小切割成正方形片，直到切割到每个面的只剩下1张图像结束。
优选的，所述图像处理模块将三维空间图像数据安照扫描的时间顺序进行编码，再通过三维坐标系逐一投影到二维坐标系平面并获取连续分布成的二维面片图像；对连续分布的二维面片图像的轮廓进行描点，丢弃重复扫描区域或扫描不清晰的二维面片图像的轮廓，从而生成完整的二维面片集，用于三维空间重建。
优选的，所述图像转换模块对每个二维图像集在三维坐标系内进行映射，二维图像集在三维坐标中投影的满足：
其中，其中，H为投影矩阵，λ为常数。
优选的，将生成完整的二维面片集用于三维空间重建时，选取相邻的片与片的间为不超过2mm。
综上所述，由于本发明采用了上述技术方案，本发明具有如下显著效果：
本发明通过三维空间进行扫描进行获取二维图像集的点云信息，将二维图像集的每个点云信息通过映射，将二维图像的点云信息转换得到的三维空间信息，从而实现了三维空间信息采集和处理的过程，从而快速地对室内空间的三维型进行重建，来恢复室内建筑的三维模型信息，也相应地加快了三维空间信息的处理过程，进而有利于进一步扩大应用范围，大大降低了人工劳动强度，提高了工作效率。
附图说明
图1是本发明的一种三维空间信息采集分析处理的方法的流程图；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
如图1所示，根据本发明的一种三维空间信息采集分析处理的方法，包括以下步骤：
步骤S1：启动三维空间扫描装置对三维空间进行扫描，采集三维空间图像数据；采集三维空间图像数据包括三维空间的扫描、三维空间的数据获取和三维空间数据的提取，从扫描的起始位置和结束位置逐步扫描，并获取三维图像数据，然后将所扫描的三维空间的每个面的图像按2048×2048像素大小切割成正方形片，直到切割到每个面的只剩下1张图像结束；
步骤S2：对所采集的三维空间图像数据进行建模处理，将三维空间图像数据按照扫描的时间顺序进行编码排序，并生成二维图像集，述三维空间图像数据进行建模处理包括：将所扫描的三维空间图像数据安照扫描的时间顺序进行编码，再通过三维坐标系逐一投影到二维坐标系平面并获取连续分布成的二维面片图像；对连续分布的二维面片图像的轮廓进行描点，丢弃重复扫描区域或扫描不清晰的二维面片图像的轮廓，从而生成完整的二维面片集，用于三维空间重建，同时计算每个二维面片图像面积之和与所有二维面片集形成的总面积，将两个总的面积进行比较判断，是否有图像编码处理遗漏发生，所述二维面片集包括了三维空间内的六个面，以及在六个面开设的小空间，对于建筑楼层的三维模型具体包括楼层的房间、墙面、吊顶、地板、窗、门等.
步骤S3：对每个二维图像集在三维坐标系内进行映射重合，构建接近三维空间内部形态，从而实现对室内三维空间大小的重现；在本发明中，对每个二维图像集在三维坐标系内进行映射重合包括：根据二维图像集所在的二维坐标(x，y)，找到以扫描装置所在的位置为原点O，建立以X轴、Y轴、Z 轴为三维坐标系，在三维坐标内任意一点M的三维坐(Xi，Yi，Zi)，因此，任意一点M的三维坐标分别满足：
以及相邻时刻t的坐标满足：
在三维坐标内任意一点坐标Mi到原点O的距离满足：
因此知道意一点坐标Mi到原点O的距离，因此，二维面片集(每个二维面片为一个点云)在三维坐标中投影坐标满足：
同理，根据公式(2)和(3)可以计算出相邻时刻t的二维图像集在三维坐标中投影坐标。
其中，α、β、θ分别为坐标M与X轴、Y轴、Z轴之间的夹角，该夹角通三维空间扫描装置旋转的时间和旋转角速度得到，因此根据投影公式 (1)，二维图像集在三维坐标中投影的满足：
其中，H为投影矩阵，λ为常数，该常数0＜λ≤1，将投影所形成的三维图像数据，根据时间顺序进行连续分布排列在每个空间面，并滤出间隔t+2 时刻的图像数据，用于构建接近三维空间内部形态，以增加图像的清晰度，根据时间顺序对二维图像数据中各个点云对应的投影矩阵，可以确定各个点云的起点和终点，从而实现对室内三维空间大小的重建，在本发明中，将所述二维面片集的每个二维数据映射至所述三维图像数据集合形成三维的封闭的空间，根据每个正方向面片的尺寸大小，为每个正方向面片设置对应的立体结构；从而形成对应的三维空间内六个四的墙体，从而恢复了三维信息的图像中按照空间位置关系选择出可以拼接成完整的三维空间结构图像。
根据本发明的另一个方面，提供了一种三维空间信息采集分析处理装置，包括三维空间扫描装置、图像获取模块、图像处理模块和图像转换模块，所述三维空间扫描装置用于采集三维空间的图像数据，由图像获取模块得到三维空间内各个方向的原始图像数据，所述图像处理模块接收来自图像获取模块的原始图像数据并进行编码处理，然后生成二维图像集，所述图像转换模块接收来自所述图像处理模块生成的二维图像集转换成三维空间模型。
在本发明中，所述将扫描三维空间的原始图像数据中每个面的图像按 2048×2048像素大小切割成正方形片，直到切割到每个面的只剩下1张图像结束；所述图像处理模块将三维空间图像数据安照扫描的时间顺序进行编码，再通过三维坐标系逐一投影到二维坐标系平面并获取连续分布成的二维面片图像；对连续分布的二维面片图像的轮廓进行描点，丢弃重复扫描区域或扫描不清晰的二维面片图像的轮廓，从而生成完整的二维面片集，用于三维空间重建，将生成完整的二维面片集用于三维空间重建时，选取相邻的片与片的间为不超过2mm；所述图像转换模块对每个二维图像集在三维坐标系内进行映射，二维图像集在三维坐标中投影的满足：
其中，H为投影矩阵，λ为常数，该常数0＜λ≤1，本发明通过投影关系从而恢复了三维信息的图像中按照空间位置，选择出可以拼接和恢复成完整的三维空间结构图像，从而提高了室内建筑的三维型重建。
以上所述仅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 (9)
1.一种三维空间信息采集分析处理的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：启动三维空间扫描装置对三维空间进行扫描，采集三维空间图像数据；
步骤S2：对所采集的三维空间图像数据进行建模处理，将三维空间图像数据按照扫描的时间顺序进行编码排序，并生成二维图像集；
步骤S3：对每个二维图像集在三维坐标系内进行映射重合，构建接近三维空间内部形态，从而实现对室内三维空间大小的重现。
2.根据权利要求1所述的一种三维空间信息采集分析处理的方法，其特征在于：采集三维空间图像数据包括三维空间的扫描、三维空间的数据获取和三维空间数据的提取，从扫描的起始位置和结束位置逐步扫描，并获取三维图像数据，然后将所扫描的三维空间的每个面的图像按2048×2048像素大小切割成正方形片，直到切割到每个面的只剩下1张图像结束。
3.根据权利要求1所述的一种三维空间信息采集分析处理的方法，其特征在于：所述三维空间图像数据进行建模处理包括：将所扫描的三维空间图像数据安照扫描的时间顺序进行编码，再通过三维坐标系逐一投影到二维坐标系平面并获取连续分布成的二维面片图像；对连续分布的二维面片图像的轮廓进行描点，丢弃重复扫描区域或扫描不清晰的二维面片图像的轮廓，从而生成完整的二维面片集，用于三维空间重建。
4.根据权利要求1所述的一种三维空间信息采集分析处理的方法，其特征在于：对每个二维图像集在三维坐标系内进行映射重合包括：根据二维图像模集所在的二维坐标(x，y)，找到以扫描装置所在的位置为原点O，建立以X轴、Y轴、Z轴为三维坐标系，在三维坐标内任意一点M的三维坐(Xi，Yi，Zi)，因此，二维图像集在三维坐标中投影的满足：
其中，H为投影矩阵，λ为常数。
5.一种三维空间信息采集分析处理装置，其特征在于：包括三维空间扫描装置、图像获取模块、图像处理模块和图像转换模块，所述三维空间扫描装置用于采集三维空间的图像数据，由图像获取模块得到三维空间内各个方向的原始图像数据，所述图像处理模块接收来自图像获取模块的原始图像数据并进行编码处理，然后生成二维图像集，所述图像转换模块接收来自所述图像处理模块生成的二维图像集转换成三维空间模型。
6.根据权利要求5所述的一种三维空间信息采集分析处理装置，其特征在于：所述将扫描三维空间的原始图像数据中每个面的图像按2048×2048像素大小切割成正方形片，直到切割到每个面的只剩下1张图像结束。
7.根据权利要求5所述的一种三维空间信息采集分析处理装置，其特征在于：所述图像处理模块将三维空间图像数据安照扫描的时间顺序进行编码，再通过三维坐标系逐一投影到二维坐标系平面并获取连续分布成的二维面片图像；对连续分布的二维面片图像的轮廓进行描点，丢弃重复扫描区域或扫描不清晰的二维面片图像的轮廓，从而生成完整的二维面片集，用于三维空间重建。
8.根据权利要求5所述的一种三维空间信息采集分析处理装置，其特征在于：所述图像转换模块对每个二维图像集在三维坐标系内进行映射，二维图像集在三维坐标中投影的满足：
其中，其中，H为投影矩阵，λ为常数。
9.根据权利要求7所述的一种三维空间信息采集分析处理装置，其特征在于：将生成完整的二维面片集用于三维空间重建时，选取相邻的片与片的间为不超过2mm。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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