CN108827185A - 一种轨道车辆车身的三维重建装置及三维重建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及三维重建技术领域，尤其涉及一种轨道车辆车身的三维重建装置及三维重建方法。三维重建装置包括沿车身的长度方向设于车身外侧的横向滑轨，可滑动地设于横向滑轨上的传感器安装架，多个设于传感器安装架上的三维数据测量传感器，以及与三维数据测量传感器信号连接的数据处理单元；多个三维数据测量传感器沿车身的竖向排列于传感器安装架上，数据处理单元将三维数据测量传感器测量得到的点云数据进行拼接，待点云数据拼接完成后，通过点云处理算法，将点云数据中的体外孤点和重合点去除，最终得到车身表面三维数据。基于该三维重建装置，本发明还提供了一种三维重建系统和三维重建方法。本发明的装置扩大了视场，大大提高了测量效率。
Description
技术领域
本发明涉及三维重建技术领域，尤其涉及一种轨道车辆车身的三维重建装置及三维重建方法。
背景技术
三维重建是指对三维物体建立适合计算机表示和处理的数学模型。三维重建是在计算机环境下对其进行处理、操作和分析其性质的基础，也是在计算机中建立表达客观世界的虚拟现实的关键技术。三维重建技术已越来越多地应用于轨道车辆或航天设备的测量领域。但现有的三维重建技术受限于轨道车辆车身或飞机机身等大型物体的过大尺寸，难以精准高效地进行表面三维重建，从而限制了表面自动化打磨、自动化喷涂等后续的自动化操作。
对于轨道车辆的三维重建而言，目前较为成熟的三维重建装置分为接触式与非接触式。接触式测量基于力触发原理，借助于一定的传感器，通过探针等与物体直接接触，来获取物体表面采样点的坐标。接触式测量主要包括触发式数据测量、连续式数据测量等技术。接触式测量精度较高，但测量效率较低。非接触式测量利用某种与物体表面发生相互作用的物理现象，例如声、光、电磁等来获取物体表面的三维坐标信息。根据所采用的物理原理，非接触式测量又可分为：光学测量、声学测量和电磁学测量。非接触式测量精度较高，但是视场较小。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的是现有轨道车辆车身的三维重建系统视场小的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种轨道车辆车身的三维重建装置，所述三维重建装置包括沿车身的长度方向设于车身外侧的横向滑轨，可滑动地设于所述横向滑轨上的传感器安装架，多个设于所述传感器安装架上的三维数据测量传感器，以及与所述三维数据测量传感器信号连接的数据处理单元；多个所述三维数据测量传感器沿车身的竖向排列于所述传感器安装架上，所述数据处理单元将所述三维数据测量传感器测量得到的点云数据进行拼接，待所述点云数据拼接完成后，通过点云处理算法，将所述点云数据中的体外孤点和重合点去除，最终得到车身表面三维数据。
进一步地，所述传感器安装架包括滑台，所述滑台的底部与所述横向滑轨滑动连接，所述滑台的顶部设有立架，多个所述三维数据测量传感器分成多排排列于所述立架上，并且每两排形成一组。该种排列方式，使得对车身的测量更加全面，而且测量效率更高。
进一步地，所述三维数据测量传感器为线结构光传感器。
进一步地，所述三维重建装置还包括误差补偿机构，所述误差补偿机构包括误差补偿光栅尺以及用于向所述误差补偿光栅尺发射激光的激光发射器，所述误差补偿光栅尺设于所述传感器安装架上，所述激光发射器固定设于所述横向滑轨的一端。当三维数据测量传感器在横向滑轨上做横向滑动以对车身进行测量时，误差补偿光栅尺上的激光点会发生偏移，误差补偿光栅尺会根据激光点的偏移量对测量结果进行对应补偿，即有效补偿整个三维重建装置因机构振动所产生的测量误差。
进一步地，所述误差补偿光栅尺和激光发射器位于所述横向滑轨的同一侧。
进一步地，所述误差补偿机构还包括固定于所述横向滑轨上的激光发射器支架，所述激光发射器安装于所述激光发射器支架上。
进一步地，所述误差补偿光栅尺为两个，两个所述误差补偿光栅尺分别位于所述传感器安装架侧面的上部和下部。即两个所述误差补偿光栅尺分别位于所述立架侧面的上部和下部。
本发明还提供了一种轨道车辆车身的三维重建系统，其包括两套所述三维重建装置，两套所述三维重建装置分别沿车身的长度方向设于车身外的两侧，且均与车身之间留有间隔。
本发明还提供了一种利用上述三维重建系统对轨道车辆车身进行三维重建的方法，其包括如下步骤：
步骤1：将两套所述三维重建装置分别沿车身的长度方向设于车身的两侧；
步骤2：利用多个所述三维数据测量传感器对车身进行测量；
步骤3：利用所述数据拼接单元对各个所述三维数据测量传感器测量得到的点云数据进行拼接，待所述点云数据拼接完成后，通过点云处理算法，将所述点云数据中的体外孤点和重合点去除，最终得到车身表面三维数据。
优选的，在所述步骤2和步骤3之间还设有步骤：利用三维重建装置的误差补偿机构对步骤2所述测量的结果进行对应补偿。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有以下有益效果：
1、本发明的三维重建装置包括横向滑轨和多个竖向排列于传感器安装架上的三维数据测量传感器，传感器安装架带动多个三维数据测量传感器在横向滑轨上进行横向平移，横向平移过程中，多个三维数据测量传感器对车身表面的三维数据进行测量，然后数据处理单元将三维数据测量传感器测量得到的点云数据进行拼接，待点云数据拼接完成后，通过点云处理算法，将点云数据中的体外孤点和重合点等其他多余点去除，最终得到车身表面三维数据；因此，本三维重建装置利用横向滑轨和多个三维数据测量传感器达到了扩大数据采集测量视场的技术效果，能够完整高效地对车身表面进行测量，大大提高了测量效率，有效克服了单个传感器视场较小的问题。
2、本发明的三维重建装置通过误差补偿机构，可有效补偿整个三维重建装置因机构振动所产生的测量误差，同时解决了当车身长度较长时，传感器安装架下端横向滑轨拼接产生的误差问题，因而有效提高了测量精度。
附图说明
图1为本发明实施例所述三维重建系统安装于车身一侧的结构示意图(仅示出车身一侧的三维重建装置)；
图2为本发明实施例所述三维重建系统的结构示意图；
图3为本发明实施例所述三维重建系统的俯视图；
其中，1、横向滑轨；2、传感器安装架；3、三维数据测量传感器；4、滑台；5、立架；6、误差补偿光栅尺；7、激光发射器；8、激光发射器支架；9、车身。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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。
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。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1～3所示，本实施例提供了一种轨道车辆车身的三维重建装置，其包括数据采集机构、误差补偿机构和数据拼接单元。
具体而言：
如图2和图3所示，数据采集机构包括沿车身的长度方向设于车身外侧的横向滑轨1，可滑动地设于横向滑轨1上的传感器安装架2，以及多个设于传感器安装架2上的三维数据测量传感器3，多个三维数据测量传感器3沿车身的竖向排列于传感器安装架2上。
进一步地，传感器安装架2包括滑台4，滑台4的底部与横向滑轨1滑动连接，滑台4的顶部设有立架5，多个三维数据测量传感器3分成多排排列于立架5上。该种排列方式，使得对车身的测量更加全面，而且测量效率更高。
本实施例中的三维数据测量传感器3为线结构光传感器。
误差补偿机构包括误差补偿光栅尺6，用于向误差补偿光栅尺6发射激光的激光发射器7，以及固定于横向滑轨1上的激光发射器支架8，激光发射器7安装于激光发射器支架8上。误差补偿光栅尺6设于传感器安装架2上，激光发射器7固定设于横向滑轨1的一端。误差补偿光栅尺6和激光发射器7位于横向滑轨1的同一侧。当三维数据测量传感器3在横向滑轨1上做横向滑动以对车身进行测量时，误差补偿光栅尺6上的激光点会发生偏移，误差补偿光栅尺6会根据激光点的偏移量对测量结果进行对应补偿，即有效补偿整个三维重建装置因机构振动所产生的测量误差。
进一步地，误差补偿光栅尺6为两个，两个误差补偿光栅尺6分别位于传感器安装架2侧面的上部和下部。即如图1所示，两个误差补偿光栅尺6分别位于立架5侧面的上部和下部。
数据拼接单元(图中未示出)与三维数据测量传感器3信号连接，并将各个三维数据测量传感器3测量得到的点云数据进行拼接，待点云数据拼接完成后，通过点云处理算法，将点云数据中的体外孤点和重合点去除，最终得到车身表面三维数据。
本实施例还提供了一种轨道车辆车身的三维重建系统，其包括两套三维重建装置，两套三维重建装置分别沿车身的长度方向设于车身外的两侧，且均与车身之间留有间隔。
本实施例还提供了一种利用上述三维重建系统对轨道车辆车身进行三维重建的方法，其包括如下步骤：
将两套三维重建装置分别沿车身的长度方向设于车身的两侧；
利用多个三维数据测量传感器对车身进行测量；
利用误差补偿机构对测量的结果进行对应补偿；
利用数据拼接单元对各个三维数据测量传感器测量得到的点云数据进行拼接，待点云数据拼接完成后，通过点云处理算法，将点云数据中的体外孤点和重合点等其他多余点去除，最终得到车身表面三维数据。
综上所述，本实施例的三维重建装置包括横向滑轨和多个竖向排列于传感器安装架上的三维数据测量传感器，传感器安装架带动多个三维数据测量传感器在横向滑轨上进行横向平移，横向平移过程中，多个三维数据测量传感器对车身表面的三维数据进行测量；因此，本三维重建系统利用横向滑轨和多个三维数据测量传感器达到了扩大数据采集测量视场的技术效果，能够完整高效地对车身表面进行测量，大大提高了测量效率，有效克服了单个传感器视场较小的问题。
本实施例的三维重建装置通过误差补偿机构，可有效补偿整个三维重建装置因机构振动所产生的测量误差，同时解决了当车身长度较长时，传感器安装架下端横向滑轨拼接产生的误差问题，因而有效提高了测量精度。
本实施例的三维重建装置通过数据拼接单元，将各个所述三维数据测量传感器测量得到的点云数据进行拼接，待所述点云数据拼接完成后，通过点云处理算法，将所述点云数据中的体外孤点和重合点等其他多余点去除，最终得到车身表面三维数据。
若干台三维数据测量传感器(根据待测物体合理选择三维数据测量传感器的数量)对物体待测区域分块叠加测量。由于三维数据测量传感器安装于矩阵式的传感器安装架上，各个三维数据测量传感器在安装完成后相对位置固定不变，且三维数据测量传感器测量原点位置可调，可将各三维数据测量传感器测量原点在安装完成后调整到同一坐标原点，从而实现多传感器采集的点云数据拼接。待点云数据拼接完成后，通过点云处理算法，将点云数据中的体外孤点以及重合点等其他多余点去除，最终得到物体表面三维数据。
本发明的实施例是为了示例和描述而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (9)
1.一种轨道车辆车身的三维重建装置，其特征在于，所述三维重建装置包括沿车身的长度方向设于车身外侧的横向滑轨，可滑动地设于所述横向滑轨上的传感器安装架，多个设于所述传感器安装架上的三维数据测量传感器，以及与所述三维数据测量传感器信号连接的数据处理单元；多个所述三维数据测量传感器沿车身的竖向排列于所述传感器安装架上，所述数据处理单元将所述三维数据测量传感器测量得到的点云数据进行拼接，待所述点云数据拼接完成后，通过点云处理算法，将所述点云数据中的体外孤点和重合点去除，最终得到车身表面三维数据。
2.根据权利要求1所述的轨道车辆车身的三维重建装置，其特征在于，所述传感器安装架包括滑台，所述滑台的底部与所述横向滑轨滑动连接，所述滑台的顶部设有立架，多个所述三维数据测量传感器分成多排排列于所述立架上，并且每两排形成一组。
3.根据权利要求1所述的轨道车辆车身的三维重建装置，其特征在于，所述三维数据测量传感器为线结构光传感器。
4.根据权利要求1所述的轨道车辆车身的三维重建装置，其特征在于，还包括误差补偿机构，所述误差补偿机构包括误差补偿光栅尺以及用于向所述误差补偿光栅尺发射激光的激光发射器，所述误差补偿光栅尺设于所述传感器安装架上，所述激光发射器固定设于所述横向滑轨的一端。
5.根据权利要求4所述的轨道车辆车身的三维重建装置，其特征在于，所述误差补偿光栅尺和激光发射器位于所述横向滑轨的同一侧。
6.根据权利要求5所述的轨道车辆车身的三维重建装置，其特征在于，所述误差补偿机构还包括固定于所述横向滑轨上的激光发射器支架，所述激光发射器安装于所述激光发射器支架上。
7.根据权利要求5所述的轨道车辆车身的三维重建装置，其特征在于，所述误差补偿光栅尺为两个，两个所述误差补偿光栅尺分别位于所述传感器安装架侧面的上部和下部。
8.一种轨道车辆车身的三维重建系统，其特征在于，包括两套权利要求1～7中任一项所述的三维重建装置，两套所述三维重建装置分别沿车身的长度方向设于车身外的两侧，且均与车身之间留有间隔。
9.一种利用权利要求8所述的三维重建系统对轨道车辆车身进行三维重建的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将两套所述三维重建装置分别沿车身的长度方向设于车身的两侧；
利用多个所述三维数据测量传感器对车身进行测量；
利用所述数据拼接单元对各个所述三维数据测量传感器测量得到的点云数据进行拼接，待所述点云数据拼接完成后，通过点云处理算法，将所述点云数据中的体外孤点和重合点去除，最终得到车身表面三维数据。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181116 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |