CN108364340A - 同步空间扫描的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了同步空间扫描的方法及系统，方法包括：通过多个扫描装置获取相应扫描装置的周围环境数据；通过多个扫描装置获取相应扫描装置的移动数据；通过处理器对获取的周围环境数据和移动数据进行组合，生成模型数据；获取图像数据并生成对应于每一个扫描装置的点云数据信息；根据生成的模型数据，通过服务器确定每一个扫描装置对应的扫描覆盖区域；通过服务器对每一个扫描装置的点云数据进行实时拼接，生成空间的三维映射图像。系统包括多个扫描装置和服务器，扫描装置包括第一数据捕获模块、第二数据捕获模块和第三数据捕获模块。本发明提高了空间扫描的效率和实时性，可广泛应用于环境扫描领域。

Description

同步空间扫描的方法及系统
技术领域
本发明涉及环境扫描领域，尤其是同步空间扫描的方法及系统。
背景技术
近年来，激光技术、计算机技术发展迅速，环境扫描技术在环境识别、导航和定位等方面的应用也越来越广泛。以谷歌地球和谷歌街景为例，其能提供基于GPS定位信息的高精度360度全景照片，极大地方便了用户进行导航、路径规划等操作，其应用已扩展到与空间分布有关的诸多方面，如自然环境监测与分析、资源调查与开发、交通导航等。
现有的空间扫描方法一般采用单一的扫描装置对整个空间进行逐步扫描，由于单一的扫描装置的扫描覆盖范围有限，无法实现对整个空间的快速扫描，效率较低；现有技术为了提高空间的扫描效率，使用多个扫描装置进行扫描，但扫描结果无法进行实时整合，实时性较低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种效率高且实时性强的同步空间扫描的方法及系统。
本发明所采取的第一技术方案是：
同步空间扫描的方法，包括以下步骤：
通过多个扫描装置中的第一数据捕获模块获取相应扫描装置的周围环境数据；
通过多个扫描装置中的第二数据捕获模块获取相应扫描装置的移动数据；
通过处理器对获取的周围环境数据和移动数据进行组合，生成模型数据；
获取图像数据并生成对应于每一个扫描装置的点云数据信息；
根据生成的模型数据，通过服务器确定每一个扫描装置对应的扫描覆盖区域；
通过服务器对每一个扫描装置的点云数据进行实时拼接，生成空间的三维映射图像。
进一步，所述多个扫描装置均为自主机器人。
进一步，所述自主机器人接收手动指令或者自动指令。
进一步，所述手动指令或者自动指令用于对空间扫描进行同步。
本发明所采取的第二技术方案是：
同步空间扫描系统，包括多个扫描装置和服务器，其中，每一个扫描装置包括：
第一数据捕获模块，用于获取相应扫描装置的周围环境数据；
第二数据捕获模块，用于获取相应扫描装置的移动数据；
第三数据捕获模块，用于获取周边环境的图像数据；
所述服务器，用于接收多个扫描装置获取到的周围环境数据、移动数据和图像数据；对获取的周围环境数据和移动数据进行组合，生成模型数据；根据获取的图像数据，生成点云数据信息；根据生成的模型数据，确定每一个扫描装置对应的扫描覆盖区域；对每一个扫描装置的点云数据进行实时拼接；生成空间的三维映射图像。
进一步，所述服务器还用于协调多个扫描装置之间的通信。
进一步，所述多个扫描装置之间的通信通过手动指令或者自动指令发起。
进一步，所述第一数据捕获模块为激光探测传感器。
进一步，所述第二数据捕获模块为里程计传感器。
进一步，所述第三数据捕获模块为摄像机或者RGB-D相机。
本发明的有益效果是：本发明同步空间扫描的方法和系统，通过多个扫描装置获取相应的周围环境数据、移动数据以及图像数据，能够快速实现对整个空间的扫描，提高了工作效率；另外，本发明通过对获取的周围环境数据和移动数据进行组合，生成模型数据，进而确定每一个扫描装置对应的扫描覆盖区域，以及通过对每一个扫描装置的点云数据进行实时拼接，生成空间的三维映射图像，能够对扫描结果进行快速整合，得到最终三维图像，实时性强。
附图说明
图1为本发明实施例的扫描装置的结构框图；
图2为本发明实施例的机器人的内部组件的结构框图；
图3为本发明实施例的待扫描和同步的空间的结构示意图；
图4为本发明实施例的正在扫描和同步的空间的结构示意图；
图5为本发明实施例的服务器的整体结构框图；
图6为本发明实施例的同步空间扫描的方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步解释和说明。
参照图1，本实施例一种用于同步空间扫描的扫描装置，可以采用手动控制方式、自主控制方式或两者组合的控制方式的机器人来实现，所述机器人还可以使用移动应用来远程控制。机器人包括主框架110和多个支脚112，主框架110用于支撑第三数据捕获模块，所述第三数据捕获模块包括多个相机106A-106B等，其中，主框架110可以由木材、金属、合金、塑料、橡胶和纤维中的任意一种或任意几种的组合构成。所述多个支脚112用于为主框架110提供支撑，以调整相机的高度。
进一步作为优选的实施方式，所述相机包括鱼眼镜头。其中，鱼眼镜头，用于捕捉对应方向区域的球形视图或非球面结构视图，以突出感兴趣区域，增强视觉冲击力。主框架110包括第一数据捕获模块102、第二数据捕获模块104和第三数据捕获模块106。
进一步作为优选的实施方式，所述多个支脚112中的每条支脚可以包括至少一个第二数据获取模块104，以实现对机器人的运动行为进行精确紧密的捕获以及映射。
进一步作为优选的实施方式，所述多个支脚包括至少一个用于移动的装置。其中，移动装置可以选择轮子，所述轮子能在任意方向自由地滑动，从而能驱动整个扫描装置自动移动(对应于机器人自主控制方式)或受控移动(对应于手动控制方式)到目标位置，以进行实时运动扫描，解决了现有人工扫描方式无法实现实时运动扫描的问题。
进一步作为优选的实施方式，所述主框架110可以具有任何形状和尺寸，图1所示的形状仅起方便说明的作用，并不以任何方式被认为是对本发明的限制。
进一步作为优选的实施方式，所述第一数据捕获模块102可设于机器人的顶部。
参照图2，本实施例一种用于同步空间扫描的扫描装置，所述扫描装置可采用如图2所示的自主机器人100来实现，自主机器人100包括第一数据捕获模块102、第二数据捕获模块104、第三数据捕获模块106以及处理器202。
进一步作为优选的实施方式，所述第一数据捕获模块包括立体视觉装置和LiDAR(激光探测器)。优选地，本实施例采用LiDAR作为第一数据捕获模块，LiDAR更适合于识别和映射非常靠近机器人的物体。LIDAR可以放置在机器人的顶部，以使机器人能够扫描整个环境。
进一步作为优选的实施方式，所述第二数据捕获模块104可采用能够捕获机器人运动数据的里程计传感器。里程计传感器能够识别机器人已经运动了多远，以及机器人已经走过的总距离，里程计传感器能准确识别出机器人的移动。
进一步作为优选的实施方式，所述第三数据捕获模块106包括多个相机，其中至少包括两个相机用于获取机器人周围环境的图像数据。优选地，所述多个相机还包括用于捕获球形视图数据的鱼眼镜头。
进一步作为优选的实施方式，所述第三数据捕获模块可以包括朝向不同方向的4个相机，用于实时获取360度的图像数据。所述处理器202可以是具有各种硬件内部处理组件的独立处理器，其内部处理组件也可以是软件生成的，所述处理器202还可以是由多个子处理器组成的集合，以实现相当于独立处理器的功能。
参照图3，本实施例的待扫描和同步的空间302为室内的展厅或者空间，所述空间302包括多个待扫描的区域(包括区域302A、区域302B、区域302C和区域302D)，如图3所示，本实施例可通过多个扫描装置(包括100A、100B、100C和100D)分别对所述的多个待扫描的区域进行扫描。所述多个扫描装置均可连接至数据库，并将相应的信息发送至数据库。
参照图4，在本实施例中，扫描装置100A、扫描装置100B、扫描装置100C和扫描装置100D通过集群智能算法实现彼此间的通信，使得每一个扫描装置都能获取其他扫描装置对应的扫描覆盖区域，简化了数据的同步过程，提高了效率。其中，多个扫描装置之间通过有线通讯或者无线通讯的方式进行连接，所述有线通讯方式包括局域网通讯，所述无线通讯方式通过无线协议(包括Wi-Fi、蓝牙、ZigBee和近场通信(NFC)等)进行通讯。所述多个扫描装置共享彼此的具体位置信息、扫描扫描覆盖区域信息以及下一个扫描区域的信息等，所述集群智能算法允许多个扫描装置与周围环境互相配合，进而实现同步扫描。另外，多个扫描装置之间的通讯包括依照特定规则的通讯方式以及完全随机的通讯方式，扫描装置能够随时进行数据共享，从而对每一个扫描装置中已经覆盖的扫描区域或者未被覆盖的扫描区域进行实时更新，并将更新结果存入数据库，最终建立一个完整的空间的三维映射图像。
参照图5，本实施例的服务器304包括数据接收模块3042、模型数据生成器3044、点云数据生成器3046、扫描覆盖区域标识符3048以及合成图像生成器3050。
其中，所述数据接收模块3042，用于从多个扫描装置中接收数据信息，其中，数据接收模块接收到的数据信息可以存储在存储器中(图中未示出)，并根据不同的数据类型对接收到的数据信息进行区分。所述数据接收模块3042还将接收到的数据格式化为相应的数据格式。
模型数据生成器3044，用于接收第一数据捕获模块102和第二数据捕获模块104的数据，并将接收到的数据组合生成模型数据，所述模型数据用于表示空间的内部映射及各个对象之间的距离关系。其中，模型数据，是指贴合扫描图片前的扫描模型(如几何体等常用模型)，也可称为“裸模”，其可预先设置或存储在数据库中。本实施例通过在裸模上的相应位置贴合上实时扫描的图片并配合优化等进一步处理来生成对象最终的三维扫描图像。
点云数据生成器3046，用于将第三数据捕获模块捕获的图像数据转换为点云数据，从而实现对扫描空间内各种物体的有效识别。
扫描覆盖区域标识符3048，用于根据生成的模型数据来识别各个扫描装置对应的扫描区域并进行标识，还用于识别各个扫描装置的重叠区域等，所述识别结果存储在存储器中。
合成图像生成器3050，用于对生成的点云数据进行组合，生成空间的三维映射图像。所述三维映射图像可发送至用户设备(图中未示出)的显示器306进行显示。
参照图6，本实施例一种同步空间扫描的方法的具体流程如下：
步骤402，获取周围环境数据：由第一数据捕获模块102获取相应扫描装置的周围环境数据。
步骤404，获取移动数据：由第二数据捕获模块获取执行扫描功能的机器人的移动数据。
步骤406，生成模型数据：对获取的周围环境数据和移动数据进行组合，生成模型数据。
步骤408，获取图像数据：由第三数据捕获模块获取周边环境的图像数据。
步骤410，生成点云数据信息：根据获取的图像数据，生成点云数据信息。
步骤412，确定扫描覆盖区域：根据生成的模型数据，确定每一个扫描装置对应的扫描覆盖区域。
步骤414，对点云数据进行拼接：对每一个扫描装置的点云数据进行实时拼接。
步骤416，生成三维映射图像：根据拼接得到的点云数据，生成空间的三维映射图像或相应的二维映射图像，所述三维映射图像和二维映射图像可传输到用户设备的显示器进行实时显示。
上述步骤402～步骤416组成的过程以预设的间隔重复进行，直到扫描完成且预定数量的捕捉数据在随后的周期性更新信息中没有变化。此外，如上所述，还可以根据远程设备的指令手动停止扫描。
进一步作为优选的实施方式，本发明的处理器202可配置为用于生成模型数据和点云数据，然后将生成结果发送到服务器304以进行进一步的处理，从而实时生成三维映射图像。
以上方法和系统的流程图和/或框图详细描述了本发明的实施例。本领域的技术人员容易理解，上述流程图和/或框图中的每个框以及流程图和/或框图中的框的组合可以通过计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以实现在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的动作的手段，可以被提供给通用计算机，专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生可由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的机器指令。这些计算机程序指令还可以被存储在计算机可读存储器中，该计算机可读存储器可以指导计算机或其他可编程数据处理装置以特定方式操作，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生能实现该指令在流程图和/或框图的一个或多个方框中指定的动作的装置。计算机程序指令还可以被加载到计算机或其他可编程数据处理装置上，使计算机或其他可编程装置上执行一系列操作，从而在计算机或其他可编程装置根据加载的指令实现在流程图和/或框图的一个或多个框中所指定的动作或步骤。
另外，本发明实施例中的步骤编号或模块编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序或模块间的连接关系不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序和模块间的连接关系均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.同步空间扫描的方法，其特征在于：包括以下步骤：
通过多个扫描装置中的第一数据捕获模块获取相应扫描装置的周围环境数据；
通过多个扫描装置中的第二数据捕获模块获取相应扫描装置的移动数据；
通过处理器对获取的周围环境数据和移动数据进行组合，生成模型数据；
获取图像数据并生成对应于每一个扫描装置的点云数据信息；
根据生成的模型数据，通过服务器确定每一个扫描装置对应的扫描覆盖区域；
通过服务器对每一个扫描装置的点云数据进行实时拼接，生成空间的三维映射图像。
2.根据权利要求1所述的同步空间扫描的方法，其特征在于：所述多个扫描装置均为自主机器人。
3.根据权利要求2所述的同步空间扫描的方法，其特征在于：所述自主机器人接收手动指令或者自动指令。
4.根据权利要求3所述的同步空间扫描的方法，其特征在于：所述手动指令或者自动指令用于对空间扫描进行同步。
5.同步空间扫描系统，其特征在于：包括多个扫描装置和服务器，其中，每一个扫描装置包括：
第一数据捕获模块，用于获取相应扫描装置的周围环境数据；
第二数据捕获模块，用于获取相应扫描装置的移动数据；
第三数据捕获模块，用于获取周边环境的图像数据；
所述服务器，用于接收多个扫描装置获取到的周围环境数据、移动数据和图像数据；
对获取的周围环境数据和移动数据进行组合，生成模型数据；根据获取的图像数据，生成点云数据信息；根据生成的模型数据，确定每一个扫描装置对应的扫描覆盖区域；对每一个扫描装置的点云数据进行实时拼接；生成空间的三维映射图像。
6.根据权利要求5所述的同步空间扫描的系统，其特征在于：所述服务器还用于协调多个扫描装置之间的通信。
7.根据权利要求6所述的同步空间扫描的系统，其特征在于：所述多个扫描装置之间的通信通过手动指令或者自动指令发起。
8.根据权利要求5所述的同步空间扫描的系统，其特征在于：所述第一数据捕获模块为激光探测传感器。
9.根据权利要求5所述的同步空间扫描的系统，其特征在于：所述第二数据捕获模块为里程计传感器。
10.根据权利要求5所述的同步空间扫描的系统，其特征在于：所述第三数据捕获模块为摄像机或者RGB-D相机。
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