CN108759668B - 一种震动环境中的跟踪式三维扫描方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种震动环境中的跟踪式三维扫描方法及系统，其方法包括跟踪设备在分别获取设置在所述扫描仪上的参考反光点和目标物体上的目标反光点在第一坐标系的坐标；扫描仪对目标物体进行扫描，获取所述目标物体表面形成的扫描点在第二坐标系的坐标；根据所述参考反光点在第一坐标系的坐标、参考反光点在第二坐标系的坐标、目标反光点在第一坐标系的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标获取所述扫描点在第三坐标系的坐标，进行扫描点的融合，在扫描结束后，并在第三坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型。本发明的方法，可避免在物体表面粘贴大量标志点，实现在震动环境下的高精、高效、便捷的三维重建，且工作空间可扩展。

Description

一种震动环境中的跟踪式三维扫描方法及系统

技术领域

本发明涉及光学扫描技术领域，尤其涉及一种震动环境中的跟踪式三维扫描方法及系统。

背景技术

三维光学扫描仪已经能够便捷地解决大部分表面纹理匮乏的物体的高精测量工作，但是其必须在待测物体表面粘贴大量、分布均匀的反光标志点用于扫描中的帧拼接，而粘贴标志点过程繁琐，花费大量的时间，加大了扫描测量的工作量。

车间的震动导致了被测物体的位置的不停变动，在局部仅仅粘贴少量标志点的情况下，会导致三维扫描仪在除了能对该局部扫描获取精确的扫描结果，在其余地方无法扫描或者扫描结果达不到实际的测量需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种震动环境中的跟踪式三维扫描方法及系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种震动环境中的跟踪式三维扫描方法，包括如下步骤：

步骤1：对扫描仪进行标定，获取所述扫描仪上设置的参考反光点在第二坐标系的坐标；

步骤2：跟踪设备在同一时刻分别获取设置在扫描仪上的至少三个参考反光点和目标物体上的目标反光点在第一坐标系的坐标；

步骤3：扫描仪对目标物体进行扫描，获取所述目标物体表面形成的扫描点在第二坐标系的坐标；

步骤4：根据所述参考反光点在第一坐标系的坐标、参考反光点在第二坐标系的坐标、目标反光点在第一坐标系的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标计算得到扫描点在第三坐标系的坐标，在第三坐标系下对扫描点进行融合；

步骤5：重复上述步骤2、步骤3和步骤4，直至完成对所述目标物体的整体扫描，得到不同扫描点在第三坐标系的坐标，并根据不同扫描点在第三坐标系的坐标的融合结果在第三坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型；

其中，所述第一坐标系为以所述跟踪设备为中心构建的三维坐标系，所述第二坐标系为以所述扫描仪为中心构建的三维坐标系；所述第三坐标系为选取目标物体表面的任意不在同一直线上的三个目标反光点构建的三维坐标系。

本发明的有益效果是：本发明的跟踪式三维扫描方法，通过所述跟踪设备和扫描仪分别对目标物体进行扫描，获取所述参考反光点在第一坐标系的坐标、目标反光点在第一坐标系的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标，进而结合参考反光点在第二坐标系的坐标在第三坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型，可以避免繁琐的在物体表面粘贴标志点的过程，实现在震动环境下的高精、高效、便捷的三维重建，且工作空间可扩展。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步：所述步骤1中获取所述参考反光点在第二坐标系的坐标的具体包括：

对所述扫描仪进行标定，获取所述扫描仪的参数信息；

根据所述扫描参数信息计算所述参考反光点在第二坐标系的坐标。

上述进一步方案的有益效果是：通过对所述扫描仪进行标定，可以获取所述扫描仪的参数信息，比如扫描仪的镜头基线长度和内外参数，从而可根据所述扫描仪的参数利用前方交会算法计算出扫描仪表面的参考反光点相对于以扫描仪为中心的第二坐标系的坐标，便于后续结合跟踪设备与扫描仪之间的相对位置关系计算出扫描点在第一坐标系的坐标。

进一步：所述步骤4中计算得到扫描点在第三坐标系的坐标具有包括：

步骤41：根据所述参考反光点在第一坐标系的坐标、参考反光点在第二坐标系的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标计算所述扫描点在第一坐标系的坐标；

步骤42：获取目标反光点在第三坐标系的坐标，并根据所述目标反光点在第一坐标系的坐标、目标反光点在第三坐标系的坐标和扫描点在第一坐标系的坐标计算得到扫描点在第三坐标系的坐标；

步骤43：将第三坐标系所在立体空间进行网格化，使得目标物体上的扫描点落入对应的网格；

步骤44：根据扫描点在第三坐标系的坐标计算每一个网格中心点到物体表面最近的扫描点的近似有向距离。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述参考反光点在第一坐标系的坐标、参考反光点在第二坐标系的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标可以准确的计算出所述扫描点在第一坐标系的坐标，并根据所述扫描点在第一坐标系的坐标计算出扫描点在第三坐标系的坐标，从而便于根据所述扫描点在第三坐标系的坐标在所述第三坐标系中的融合结果构建目标物体表面，生成目标物体三维模型，得到精确的扫描结果。

进一步：所述步骤41的具体实现为：

步骤411：根据所述参考反光点在第一坐标系的坐标和所述参考反光点在第二坐标系的坐标生成所述第一坐标系和第二坐标之间的第一坐标变换矩阵；

步骤412：根据所述第一坐标变换矩阵将所述扫描点在第二坐标系的坐标转换到第一坐标系中，得到所述扫描点在第一坐标系的坐标；

所述步骤42的具体实现为：

步骤421：根据所述目标反光点在第一坐标系的坐标和目标反光点在第三坐标系的坐标生成所述第一坐标系与第三坐标系之间的第三坐标变换矩阵；

步骤422：根据所述第三坐标变换矩阵将所述扫描点在第一坐标系的坐标转换到第三坐标系中。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述参考反光点在第一坐标系的坐标和所述参考反光点在第二坐标系的坐标可以准确的计算出同一参考反光点在所述第一坐标系和第二坐标系中的坐标差值，从而确定所述第一坐标系和第二坐标系之间的坐标变换矩阵，从而将所述扫描点在第二坐标系的坐标转换到第一坐标系中，进而根据第一坐标系和第三坐标系之间的第三坐标变换矩阵将所述扫描点在第一坐标系的坐标转换到第三坐标系中，便于在根据所述扫描点在第三坐标系的坐标得到精确的扫描结果。

进一步：所述步骤5的具体实现为：

步骤51：根据所述近似有向距离构建与位于对应网格内的目标物体子表面；

步骤52：根据所有网格对应的所述目标物体子表面生成目标物体表面，生成目标物体三维模型。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述近似有向距离，可以在每个网格内构建所述目标物体对应的表面区域，从而可以最终形成目标物体的三维模型创建，形成精确的扫描结果，快速高效，并且适用范围较广。

本发明还提供了一种震动环境中的跟踪式三维扫描系统，包括跟踪设备、扫描仪和主控制器；

所述跟踪设备，用于在同一时刻分别获取设置在所述扫描仪上的至少三个参考反光点和目标物体上的目标反光点在第一坐标系的坐标；

所述扫描仪，用于对目标物体进行扫描，获取所述目标物体表面形成的扫描点在第二坐标系的坐标；

所述主控制器，用于获取所述参考反光点在第二坐标系的坐标，并根据所述参考反光点在第一坐标系的坐标、参考反光点在第二坐标系的坐标、目标反光点在第一坐标系的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标计算得到扫描点在第三坐标系的坐标，在第三坐标系下对扫描点进行融合；如此重复，直至完成对所述目标物体的整体扫描，得到不同扫描点在第三坐标系的坐标的融合结果，并根据不同扫描点在第三坐标系的坐标的融合结果在第三坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型；

其中，所述第一坐标系为以所述跟踪设备为中心构建的三维坐标系，所述第二坐标系为以所述扫描仪为中心构建的三维坐标系；所述第三坐标系为选取目标物体表面的任意不在同一直线上的三个目标反光点构建的三维坐标系。

本发明的跟踪式三维扫描系统，通过所述跟踪设备和扫描仪分别对目标物体进行扫描，获取所述参考反光点在第一坐标系的坐标、目标反光点在第一坐标系的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标，进而结合参考反光点在第二坐标系的坐标在第三坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型，可以避免繁琐的在物体表面粘贴标志点的过程，实现在震动环境下的高精、高效、便捷的三维重建，且工作空间可扩展。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步：所述主控制器获取所述参考反光点在第二坐标系的坐标的具体实现为：

对所述扫描仪进行标定，获取所述扫描仪的参数信息，并根据所述扫描参数信息计算所述参考反光点在第二坐标系的坐标。

上述进一步方案的有益效果是：通过对所述扫描仪进行标定，可以获取所述扫描仪的参数信息，比如扫描仪的镜头基线长度和内外参数，从而可根据所述扫描仪的参数利用前方交会算法计算出扫描仪表面的参考反光点相对于以扫描仪为中心的第二坐标系的坐标，便于后续结合跟踪设备与扫描仪之间的相对位置关系计算出扫描点在第一坐标系的坐标。

进一步：所述主控制器包括第一计算单元、第二计算单元、网格化单元和第三计算单元；

所述第一计算单元，用于根据所述参考反光点在第一坐标系的坐标、参考反光点在第二坐标系的坐标和扫描点在第三坐标系的坐标计算所述扫描点在第一坐标系的坐标；

所述第二计算单元，用于获取目标反光点在第三坐标系的坐标，并根据所述目标反光点在第一坐标系的坐标、目标反光点在第三坐标系的坐标和扫描点在第一坐标系的坐标计算得到扫描点在第三坐标系的坐标；

所述网格化单元，用于将第三坐标系所在立体空间进行网格化，使得目标物体上的扫描点落入对应的网格；

所述第三计算单元，根据扫描点在第三坐标系的坐标计算每一个网格中心点到物体表面最近的扫描点的近似有向距离。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述参考反光点在第一坐标系的坐标、参考反光点在第二坐标系的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标可以准确的计算出所述扫描点在第一坐标系的坐标，并根据所述扫描点在第一坐标系的坐标计算出扫描点在第三坐标系的坐标，从而便于根据所述扫描点在第三坐标系的坐标在所述第三坐标系中的融合结果构建目标物体表面，生成目标物体三维模型，得到精确的扫描结果。

进一步：所述第一计算单元具体用于：

根据所述参考反光点在第一坐标系的坐标和所述参考反光点在第二坐标系的坐标生成所述第一坐标系和第二坐标之间的第一坐标变换矩阵；

根据所述第一坐标变换矩阵将所述扫描点在第二坐标系的坐标转换到第一坐标系中，得到所述扫描点在第一坐标系的坐标；

所述第二计算单元具体用于：

根据所述目标反光点在第一坐标系的坐标和目标反光点在第三坐标系的坐标生成第一坐标系与第三坐标系之间的第三坐标变换矩阵；

根据所述第三坐标变换矩阵将所述扫描点在第一坐标系的坐标转换到第三坐标系中；

所述网格化单元具体用于：将第三坐标系所在立体空间进行网格化；使得目标物体上的扫描点落入对应的网格；

所述第三计算单元具体用于：计算每一个网格中心点到物体表面最近的扫描点的近似有向距离。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述参考反光点在第一坐标系的坐标和所述参考反光点在第二坐标系的坐标可以准确的计算出同一参考反光点在所述第一坐标系和第二坐标系中的坐标差值，从而确定所述第一坐标系和第二坐标系之间的坐标变换矩阵，从而将所述扫描点在第二坐标系的坐标转换到第一坐标系中，进而根据第一坐标系和第三坐标系之间的第三坐标变换矩阵将所述扫描点在第一坐标系的坐标转换到第三坐标系中，便于在根据所述扫描点在第三坐标系的坐标得到精确的扫描结果。

进一步：所述主控制器还包括构建单元，所述构建单元具体用于：

根据所述近似有向距离构建位于对应网格内的目标物体子表面；

根据所有网格对应的所述目标物体子表面生成目标物体表面，生成目标物体三维模型。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述近似有向距离，可以在每个每个网格内构建所述目标物体对应的表面区域，从而可以最终形成目标物体的三维模型创建，形成精确的扫描结果，快速高效，并且适用范围较广。

本发明还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的震动环境中的跟踪式三维扫描方法。

附图说明

图1为本发明一实施例的震动环境中的跟踪式三维扫描方法流程示意图；

图2为本发明一实施例的震动环境中的跟踪式三维扫描系统结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种震动环境中的跟踪式三维扫描方法，包括如下步骤：

步骤1：对扫描仪进行标定，获取所述扫描仪上设置的参考反光点在第二坐标系的坐标；

步骤2：跟踪设备在同一时刻分别获取设置在扫描仪上的至少三个参考反光点和目标物体上的目标反光点在第一坐标系的坐标；

步骤3：扫描仪对目标物体进行扫描，获取所述目标物体表面形成的扫描点在第二坐标系的坐标；

步骤4：根据所述参考反光点在第一坐标系的坐标、参考反光点在第二坐标系的坐标、目标反光点在第一坐标系的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标计算得到扫描点在第三坐标系的坐标，在第三坐标系下对扫描点进行融合；

步骤5：重复上述步骤2、步骤3和步骤4，直至完成对所述目标物体的整体扫描，得到不同扫描点在第三坐标系的坐标，并根据不同扫描点在第三坐标系的坐标的融合结果在第三坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型；

其中，所述第一坐标系为以所述跟踪设备为中心构建的三维坐标系，所述第二坐标系为以所述扫描仪为中心构建的三维坐标系；所述第三坐标系为选取目标物体表面的任意不在同一直线上的三个目标反光点构建的三维坐标系。

本发明实施例的跟踪式三维扫描方法，通过所述跟踪设备和扫描仪分别对目标物体进行扫描，获取所述参考反光点在第一坐标系的坐标、目标反光点在第一坐标系的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标，进而结合参考反光点在第二坐标系的坐标在第三坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型，可以避免繁琐的在物体表面粘贴标志点的过程，实现在震动环境下的高精、高效、便捷的三维重建，且工作空间可扩展。

需要说明的是，本发明实施例中，所述目标反光点的数量和参考反光点的数量均为至少三个。由于目标反光点随着目标物体的震动而整体发生位置改变，但是这些目标反光点之间的相对位置不会发生改变；并且，通常默认为描物体一般为刚性物体，也就是在震动过程中不会发生变形，这个保证了扫描点相对于所有目标反光点的相对位置不会发生改变。

由于跟踪设备具有高帧率特点，也就是在很短的时间(比如0.04s)内跟踪设备就可以获得一帧数据，在这个很短的时间内我们认为物体静止或者基本上没有发生位置改变；在这个极短时间内我们认为跟踪仪器获得的扫描仪位置也没有改变。这产生了结果就是，在极短时间内扫描仪的位置，物体反光点位置不发生改变。每一次把扫描点变换到第三坐标系的时候，都相当于变换到了一个相对静止规定的坐标系中的位置，因此避免了震动带来的影响，从而精确的获得目标物体在第三坐标系中的位置。

相对于现有技术中在目标物体表面粘贴很多标反光点等繁琐操作而言，本发明仅需在目标物体和扫描仪表面粘贴极少量反光点，来辅助确定扫描仪在目标物体上形成的扫描点在设定的第三坐标系中的坐标，从而根据扫描点在第三坐标系中的坐标快速、精确的构建出目标物体的三维模型。

在本发明的实施例中，所述步骤2中获取所述参考反光点在第二坐标系的坐标的具体包括：

对所述扫描仪进行标定，获取所述扫描仪的参数信息，比如扫描仪中相机镜头的基线长度和内外参数；

根据所述扫描参数信息计算所述参考反光点在第二坐标系的坐标。

通过对所述扫描仪进行标定，可以获取所述扫描仪的参数信息，比如扫描仪的镜头基线长度和内外参数，从而可根据所述扫描仪的参数利用前方交会算法计算出扫描仪表面的参考反光点相对于以扫描仪为中心的第二坐标系的坐标，便于后续结合跟踪设备与扫描仪之间的相对位置关系计算出扫描点在第一坐标系的坐标。

作为本发明的一个实施例，在上述实施例的基础上，所述步骤4中计算得到扫描点在第三坐标系的坐标具有包括：

步骤41：根据所述参考反光点在第一坐标系的坐标、参考反光点在第二坐标系的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标计算所述扫描点在第一坐标系的坐标；

步骤42：获取目标反光点在第三坐标系的坐标，并根据所述目标反光点在第一坐标系的坐标、目标反光点在第三坐标系的坐标和扫描点在第一坐标系的坐标计算得到扫描点在第三坐标系的坐标；

步骤43：将第三坐标系所在立体空间进行网格化，使得目标物体上的扫描点落入对应的网格；

步骤44：根据扫描点在第三坐标系的坐标计算每一个网格中心点到物体表面最近的扫描点的近似有向距离。

上述实施例中，通过所述参考反光点在第一坐标系的坐标、参考反光点在第二坐标系的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标可以准确的计算出所述扫描点在第一坐标系的坐标，并根据所述扫描点在第一坐标系的坐标计算出扫描点在第三坐标系的坐标，从而便于根据所述扫描点在第三坐标系的坐标在所述第三坐标系中的融合结果构建目标物体表面，生成目标物体三维模型，得到精确的扫描结果。

作为本发明的一个实施例，在上述实施例的基础上，所述步骤41的具体实现为：

步骤411：根据所述参考反光点在第一坐标系的坐标和所述参考反光点在第二坐标系的坐标生成所述第一坐标系和第二坐标之间的第一坐标变换矩阵；

步骤412：根据所述第一坐标变换矩阵将所述扫描点在第二坐标系的坐标转换到第一坐标系中，得到所述扫描点在第一坐标系的坐标；

所述步骤42的具体实现为：

步骤421：根据所述目标反光点在第一坐标系的坐标和目标反光点在第三坐标系的坐标生成所述第一坐标系与第三坐标系之间的第三坐标变换矩阵；

步骤422：根据所述第三坐标变换矩阵将所述扫描点在第一坐标系的坐标转换到第三坐标系中。

通过所述参考反光点在第一坐标系的坐标和所述参考反光点在第二坐标系的坐标可以准确的计算出同一参考反光点在所述第一坐标系和第二坐标系中的坐标差值，从而确定所述第一坐标系和第二坐标系之间的坐标变换矩阵，从而将所述扫描点在第二坐标系的坐标转换到第一坐标系中，进而根据第一坐标系和第三坐标系之间的第三坐标变换矩阵将所述扫描点在第一坐标系的坐标转换到第三坐标系中，便于在根据所述扫描点在第三坐标系的坐标得到精确的扫描结果。

作为本发明的一个实施例，在上述实施例的基础上，所述步骤5的具体实现为：

步骤51：根据所述近似有向距离构建与位于对应网格内的目标物体子表面；

步骤52：根据所有网格对应的所述目标物体子表面生成目标物体表面，生成目标物体三维模型。

通过所述近似有向距离，可以在每个网格内构建所述目标物体对应的表面区域，从而可以最终形成目标物体的三维模型创建，形成精确的扫描结果，快速高效，并且适用范围较广。

实际中，可以将第三坐标系所在空间划分为0.5mm*0.5mm*0.5mm的网格，当所述扫描仪扫描的一帧数据落入某一网格时，一帧数据中有多个多段线，假设一个多段线的点解构成为{p1,p2,…,pn}，每一个多段线可以计算得到除了多段线端点以外其他点的切线，对每一个线段t，计算该多段线中每条线段两端的端点的切线，假设为ti和tj，

得到多段线上除了端点之外的点的切线：

再确定每一条线段的影响范围，并求解在影响范围内的扫描点的近似有向距离。该方法为现有技术，这里不再赘述。

如遇2所示，本发明还提供了一种震动环境中的跟踪式三维扫描系统，包括跟踪设备、扫描仪和主控制器；

所述跟踪设备，用于在同一时刻分别获取设置在所述扫描仪上的至少三个参考反光点和目标物体上的目标反光点在第一坐标系的坐标；

所述扫描仪，用于对目标物体进行扫描，获取所述目标物体表面形成的扫描点在第二坐标系的坐标；

所述主控制器，用于获取所述参考反光点在第二坐标系的坐标，并根据所述参考反光点在第一坐标系的坐标、参考反光点在第二坐标系的坐标、目标反光点在第一坐标系的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标计算得到扫描点在第三坐标系的坐标，在第三坐标系下对扫描点进行融合；如此重复，直至完成对所述目标物体的整体扫描，得到不同扫描点在第三坐标系的坐标的融合结果，并根据不同扫描点在第三坐标系的坐标的融合结果在第三坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型；

其中，所述第一坐标系为以所述跟踪设备为中心构建的三维坐标系，所述第二坐标系为以所述扫描仪为中心构建的三维坐标系；所述第三坐标系为选取目标物体表面的任意不在同一直线上的三个目标反光点构建的三维坐标系。

本发明实施例的跟踪式三维扫描系统，通过所述跟踪设备和扫描仪分别对目标物体进行扫描，获取所述参考反光点在第一坐标系的坐标、目标反光点在第一坐标系的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标，进而结合参考反光点在第二坐标系的坐标在第三坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型，可以避免繁琐的在物体表面粘贴标志点的过程，实现在震动环境下的高精、高效、便捷的三维重建，且工作空间可扩展。

本发明的实施例中，所述跟踪设备包括两个相机、三脚架和横杆，所述横杆的中部与三脚架的顶端活动连接，两个相机分别设置在横杆的两端，所述扫描仪位于跟踪设备和目标物体之间。两个相机需要预先标定二者的相对位置。

扫描仪2表面设有参考反光点。该实施例中，可以使用以下结构的扫描仪，主要包括主要由12个阿基米德多面体、激光发射器和两个摄像头构成，多面体之间由横梁固定并形成球状分布，每个多面体表面布设13个参考反光点，这些参考反光点可以呈对称分布，拥有到多面体中心的距离相同的特点。激光发射器和两个摄像头设置在多面体形成的球状体中间，球状体中间同样使用横梁固定激光发射器，在整个球体扫描仪2中，参考反光点和激光发射器的相对位置是固定的。当然，本发明的实施例中，所述扫描仪2也可以采用其他表面设有参考反光点的扫描仪2，这里不再一一列举。

本发明的实施例中，所述主控制器获取所述参考反光点在第二坐标系的坐标的具体实现为：

对所述扫描仪进行标定，获取所述扫描仪的参数信息，并根据所述扫描参数信息计算所述参考反光点在第二坐标系的坐标。

通过对所述扫描仪进行标定，可以获取所述扫描仪的参数信息，比如扫描仪的镜头基线长度和内外参数，从而可根据所述扫描仪的参数利用前方交会算法计算出扫描仪表面的参考反光点相对于以扫描仪为中心的第二坐标系的坐标，便于后续结合跟踪设备与扫描仪之间的相对位置关系计算出扫描点在第一坐标系的坐标。

作为本发明的一个实施例，在上述实施例的基础上，所述主控制器包括

第一计算单元、第二计算单元、网格化单元和第三计算单元；

所述第一计算单元，用于根据所述参考反光点在第一坐标系的坐标、参考反光点在第二坐标系的坐标和扫描点在第三坐标系的坐标计算所述扫描点在第一坐标系的坐标；

所述第二计算单元，用于获取目标反光点在第三坐标系的坐标，并根据所述目标反光点在第一坐标系的坐标、目标反光点在第三坐标系的坐标和扫描点在第一坐标系的坐标计算得到扫描点在第三坐标系的坐标；

所述网格化单元，用于将第三坐标系所在立体空间进行网格化，使得目标物体上的扫描点落入对应的网格；

所述第三计算单元，根据扫描点在第三坐标系的坐标计算每一个网格中心点到物体表面最近的扫描点的近似有向距离。

通过所述参考反光点在第一坐标系的坐标、参考反光点在第二坐标系的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标可以准确的计算出所述扫描点在第一坐标系的坐标，并根据所述扫描点在第一坐标系的坐标计算出扫描点在第三坐标系的坐标，从而便于根据所述扫描点在第三坐标系的坐标在所述第三坐标系中的融合结果构建目标物体表面，生成目标物体三维模型，得到精确的扫描结果。

作为本发明的一个实施例，在上述实施例的基础上，所述

所述第一计算单元具体用于：

根据所述参考反光点在第一坐标系的坐标和所述参考反光点在第二坐标系的坐标生成所述第一坐标系和第二坐标之间的第一坐标变换矩阵；

根据所述第一坐标变换矩阵将所述扫描点在第二坐标系的坐标转换到第一坐标系中，得到所述扫描点在第一坐标系的坐标；

所述第二计算单元具体用于：

根据所述目标反光点的在第一坐标系的坐标和目标反光点在第三坐标系的坐标生成第一坐标系与第三坐标系之间的第三坐标变换矩阵；

根据所述第三坐标变换矩阵将所述扫描点在第一坐标系的坐标转换到第三坐标系中；

所述网格化单元具体用于：将第三坐标系所在立体空间进行网格化；使得目标物体上的扫描点落入对应的网格；

所述第三计算单元具体用于：计算每一个网格中心点到物体表面最近的扫描点的近似有向距离。

通过所述参考反光点在第一坐标系的坐标和所述参考反光点在第二坐标系的坐标可以准确的计算出同一参考反光点在所述第一坐标系和第二坐标系中的坐标差值，从而确定所述第一坐标系和第二坐标系之间的坐标变换矩阵，从而将所述扫描点在第二坐标系的坐标转换到第一坐标系中，进而根据第一坐标系和第三坐标系之间的第三坐标变换矩阵将所述扫描点在第一坐标系的坐标转换到第三坐标系中，便于在根据所述扫描点在第三坐标系的坐标得到精确的扫描结果。

作为本发明的一个实施例，在上述实施例的基础上，所述主控制器还包括构建单元，所述构建单元具体用于：

根据所述近似有向距离构建位于对应网格内的目标物体子表面；

根据所有网格对应的所述目标物体子表面生成目标物体表面，生成目标物体三维模型。

通过将第三坐标系所在立体空间进行网格化，可以在每个每个网格内构建所述目标物体对应的表面区域，从而可以最终形成目标物体的三维模型创建，形成精确的扫描结果，快速高效，并且适用范围较广。

本发明还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的震动环境中的跟踪式三维扫描方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种震动环境中的跟踪式三维扫描方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：对扫描仪进行标定，获取所述扫描仪上设置的参考反光点在第二坐标系的坐标；

步骤2：跟踪设备在同一时刻分别获取设置在扫描仪上的至少三个参考反光点和目标物体上的目标反光点在第一坐标系的坐标；

步骤3：扫描仪对目标物体进行扫描，获取所述目标物体表面形成的扫描点在第二坐标系的坐标；

步骤4：根据所述参考反光点在第一坐标系的坐标、参考反光点在第二坐标系的坐标、目标反光点在第一坐标系的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标计算得到扫描点在第三坐标系的坐标，在第三坐标系下对扫描点进行融合；

步骤5：重复上述步骤2、步骤3和步骤4，直至完成对所述目标物体的整体扫描，得到不同扫描点在第三坐标系的坐标的融合结果，并根据不同扫描点在第三坐标系的坐标的融合结果在第三坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型；

其中，所述第一坐标系为以所述跟踪设备为中心构建的三维坐标系，所述第二坐标系为以所述扫描仪为中心构建的三维坐标系；所述第三坐标系为选取目标物体表面的任意不在同一直线上的三个目标反光点构建的三维坐标系。

2.根据权利要求1所述震动环境中的跟踪式三维扫描方法，其特征在于，所述步骤1中获取所述参考反光点在第二坐标系的坐标的具体包括：

对所述扫描仪进行标定，获取所述扫描仪的参数信息；

根据所述参数信息计算所述参考反光点在第二坐标系的坐标。

3.根据权利要求1所述震动环境中的跟踪式三维扫描方法，其特征在于，所述步骤4中计算得到扫描点在第三坐标系的坐标具有包括：

步骤41：根据所述参考反光点在第一坐标系的坐标、参考反光点在第二坐标系的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标计算所述扫描点在第一坐标系的坐标；

步骤42：获取目标反光点在第三坐标系的坐标，并根据所述目标反光点在第一坐标系的坐标、目标反光点在第三坐标系的坐标和扫描点在第一坐标系的坐标计算得到扫描点在第三坐标系的坐标；

步骤43：将第三坐标系所在立体空间进行网格化，使得目标物体上的扫描点落入对应的网格；

步骤44：根据扫描点在第三坐标系的坐标计算每一个网格中心点到物体表面最近的扫描点的近似有向距离。

4.根据权利要求3所述震动环境中的跟踪式三维扫描方法，其特征在于，所述步骤41的具体实现为：

步骤411：根据所述参考反光点在第一坐标系的坐标和所述参考反光点在第二坐标系的坐标生成所述第一坐标系和第二坐标之间的第一坐标变换矩阵；

步骤412：根据所述第一坐标变换矩阵将所述扫描点在第二坐标系的坐标转换到第一坐标系中，得到所述扫描点在第一坐标系的坐标；

所述步骤42的具体实现为：

步骤421：根据所述目标反光点在第一坐标系的坐标和目标反光点在第三坐标系的坐标生成所述第一坐标系与第三坐标系之间的第三坐标变换矩阵；

步骤422：根据所述第三坐标变换矩阵将所述扫描点在第一坐标系的坐标转换到第三坐标系中。

5.根据权利要求4所述震动环境中的跟踪式三维扫描方法，其特征在于，所述步骤5中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型的具体实现为：

步骤51：根据所述近似有向距离构建位于对应网格内的目标物体子表面；

步骤52：根据所有网格对应的所述目标物体子表面生成目标物体表面，生成目标物体三维模型。

6.一种震动环境中的跟踪式三维扫描系统，其特征在于:包括跟踪设备、扫描仪和主控制器；

所述跟踪设备，用于在同一时刻分别获取设置在所述扫描仪上的至少三个参考反光点和目标物体上的目标反光点在第一坐标系的坐标；

所述扫描仪，用于对目标物体进行扫描，获取所述目标物体表面形成的扫描点在第二坐标系的坐标；

所述主控制器，用于获取所述参考反光点在第二坐标系的坐标，并根据所述参考反光点在第一坐标系的坐标、参考反光点在第二坐标系的坐标、目标反光点在第一坐标系的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标计算得到扫描点在第三坐标系的坐标，在第三坐标系下对扫描点进行融合；如此重复，直至完成对所述目标物体的整体扫描，得到不同扫描点在第三坐标系的坐标的融合结果，并根据不同扫描点在第三坐标系的坐标的融合结果在第三坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型；

其中，所述第一坐标系为以所述跟踪设备为中心构建的三维坐标系，所述第二坐标系为以所述扫描仪为中心构建的三维坐标系；所述第三坐标系为选取目标物体表面的任意不在同一直线上的三个目标反光点构建的三维坐标系。

7.根据权利要求6所述的震动环境中的跟踪式三维扫描系统，其特征在于，所述主控制器获取所述参考反光点在第二坐标系的坐标的具体实现为：

对所述扫描仪进行标定，获取所述扫描仪的参数信息，并根据所述扫描参数信息计算所述参考反光点在第二坐标系的坐标。

8.根据权利要求6所述的震动环境中的跟踪式三维扫描系统，其特征在于，所述主控制器包括第一计算单元、第二计算单元、网格化单元和第三计算单元；

所述第一计算单元，用于根据所述参考反光点在第一坐标系的坐标、参考反光点在第二坐标系的坐标和扫描点在第三坐标系的坐标计算所述扫描点在第一坐标系的坐标；

所述第二计算单元，用于获取目标反光点在第三坐标系的坐标，并根据所述目标反光点在第一坐标系的坐标、目标反光点在第三坐标系的坐标和扫描点在第一坐标系的坐标计算得到扫描点在第三坐标系的坐标；

所述网格化单元，用于将第三坐标系所在立体空间进行网格化，使得目标物体上的扫描点落入对应的网格；

所述第三计算单元，根据扫描点在第三坐标系的坐标计算每一个网格中心点到物体表面最近的扫描点的近似有向距离。

9.根据权利要求8所述的震动环境中的跟踪式三维扫描系统，其特征在于，所述第一计算单元具体用于：

根据所述参考反光点在第一坐标系的坐标和所述参考反光点在第二坐标系的坐标生成所述第一坐标系和第二坐标之间的第一坐标变换矩阵；

根据所述第一坐标变换矩阵将所述扫描点在第二坐标系的坐标转换到第一坐标系中，得到所述扫描点在第一坐标系的坐标；

所述第二计算单元具体用于：

根据所述目标反光点在第一坐标系的坐标和目标反光点在第三坐标系的坐标生成第一坐标系与第三坐标系之间的第三坐标变换矩阵；

根据所述第三坐标变换矩阵将所述扫描点在第一坐标系的坐标转换到第三坐标系中；

所述网格化单元具体用于：将第三坐标系所在立体空间进行网格化；使得目标物体上的扫描点落入对应的网格；

所述第三计算单元具体用于：计算每一个网格中心点到物体表面最近的扫描点的近似有向距离。

10.根据权利要求8所述的震动环境中的跟踪式三维扫描系统，其特征在于，所述主控制器还包括构建单元，所述构建单元具体用于：

根据所述近似有向距离构建位于对应网格内的目标物体子表面；

根据所有网格对应的所述目标物体子表面生成目标物体表面，生成目标物体三维模型。

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