CN110398211A - 一种大型静态目标的建模方法及其系统和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型静态目标的建模方法及其系统和装置，大型静态目标的建模方法包括如下步骤，3D激光扫描雷达采用吊臂式安装方式，需要确定产品的空间位置，并在上位机系统的软件操控系统中设置相应的扫描路线，大型静态目标的建模系统包括上位机系统、数据传输系统和3D激光扫描雷达，3D激光扫描雷达包括角度调节装置，所述角度调节装置位于外罩和内罩内部，所述角度调节装置上设置有测距装置。本发明是基于单点高速激光测距传感器配合全方位运动的云台装置实现三维空间数据的测量，对于硬件生产制造，数据整合处理方面的技术也更容易实现，生产成本相较于多线扫描雷达大大降低。
Description
技术领域
本发明涉及3D激光扫描雷达技术领域，具体为一种大型静态目标的建模方法及其系统和装置。
背景技术
现有对物体进行三维建模，有通过视觉、线扫描、固态激光雷达等实现。
TOF视觉
应用：
1.增强现实–支持ToF的3D视觉的增强现实(AR)应用程序，并使现有应用程序更好地工作。由ToF相机生成的点云使AR软件能够绘制出周围环境，以增强对周围环境的3D理解。这使它可以更准确地放置软件内对象，并促进虚拟和实际环境元素之间的动态交互。ToF还可以检测用户的动作和姿势，以便他们能够直接使用他们的身体与虚拟元素进行交互，而无需依赖手持式控制器或手套。
2.工业机器人–对于工业领域，识别物体和生成实时3D深度图的能力对于机器人技术来说是非常宝贵的。参与自动质量检查的制造机器人将能够快速准确地生成对象的3D扫描。ToF还可以用于协作机器人设计，以防止与附近的人发生碰撞或提供交互式手势控制。对于物流，它将允许机器人更准确地抓取和放置物体。
3.医疗，科学，工程–在医疗领域，通常需要与电子设备接口，但交叉污染的风险意味着基于触摸的交互是不合需要的。使用ToF相机的基于手势的控制将允许医生和护士操纵图像或利用软件而无需与设备进行物理接触。对于科学研究，ToF相机将实现基于姿势的3D图像处理，例如DNA链或蛋白质分子。在工程领域，能够快速且经济实惠地进行3D扫描项目将有助于硬件原型设计和设计活动。
4.无人机和车辆–ToF摄像机还可以为无人机和无人驾驶地面车辆带来更大的智能。使用ToF的无人机将更好地了解其3D环境，并能够创建3D地图或执行自动避障。同样，无人驾驶地面车辆可以使用ToF摄像机提供障碍物感应功能，从而实现自主导航。
缺点：
1、其造价仍然偏高，影响该产品目前的普及使用率；
2、相机本身仍然受到硬件发展的限制，更新换代速度较快；
3、检测量程短，一般不超过10米；
4、容易受到外部环境干扰，尘雾，雨水，干扰光源等影响；
5、产品分辨率较低。
多线扫描雷达
应用：
汽车自动驾驶——对车辆行驶的环境进行360度的扫描检测，激光光束照射到环境物体后发生反射，激光雷达接收返回的点云数据，并对数据进行处理，形成立体三维环境图形，起到防撞预警的功能。
隧道检测——对隧道或者溶洞等空间进行内部空间形状的建模测量，激光光束照射到墙壁后发生反射，激光雷达接收返回的点云数据，并对数据进行处理，形成立体三维环境图形。
缺点：
目前多线激光雷达成本较高，没有办法大批量应用到实际的生产生活当中去。
固态激光雷达
应用在汽车——对汽车前方一定量程和视角内的空间进行检测，回传数据并进行处理得到三维图形的，起到防撞预警的功能。
缺点：
1、不能进行360度扫描，只能探测前方，要实现360度扫描需要加装设备测量不同方向；
2、在恶劣天气条件下对性能影响较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大型静态目标的建模方法及其系统和装置，降低成本，效率高，量程大，抗干扰，环境适应性强，安装方便，能够进行360度扫描，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种大型静态目标的建模方法，包括如下步骤：
3D激光扫描雷达采用吊臂式安装方式，需要确定产品的空间位置，并在上位机系统的软件操控系统中设置相应的扫描路线；
3D激光扫描雷达进行进行连续测量，输出X轴和Y轴的角度值以及雷达距测量的距离值；
设备输出：
X轴：角度值α；
Y轴：角度值β；
距离L：3D激光扫描雷达实时返回的直线距离值；
需要最终得出的数据是每个数据测量点相对于此空间的一个空间位置，所以需要最终获得每个测量的三维空间坐标值，x、y、z：
L2：x轴坐标；
L3：y轴坐标；
h2：z轴坐标；
标注定义：
O点：坐标原点(0,0,0)；
A点：为3D激光扫描雷达发射点；
B点：为A点在大型静态目标界面的投影点；
C点：为激光的测量点；
D点：为C点的投影点；
E点：为D点对应的投影点；
h：为3D激光扫描雷达照射垂直高度；
h1：为A点到B点的距离；
L：为A点到C点的实际测量距离值；
L1:为A点到C点测量直线的的投影线长；
α：为3D激光扫描雷达转轴角度X轴的角度∠EAD值；
β：为3D激光扫描雷达转轴角度Y轴的角度∠CAB值；
计算方法：
(a)求z轴坐标值h2：
h1＝L*cosβ；
h2＝h-h1；
(b)求x轴坐标值L2：
L1＝L*sinβ；
L2＝L1*sinα；
(c)求y轴坐标值L3：
L3＝L1*cosα；
通过计算解析数据的到对应x，y，z轴对应的L2,L3,h2的坐标值；
至此，通过系统解析众多数据点的三维坐标，通过软件对每一个数据进行处理，输出空间体积的三维扫描模型。
一种大型静态目标的建模系统，包括：
(a)上位机系统；
(b)数据传输系统；
(c)3D激光扫描雷达。
优选的，所述数据传输系统采用的是无线传输设备。
一种3D激光扫描雷达，包括角度调节装置，所述角度调节装置位于外罩和内罩内部，所述角度调节装置上设置有测距装置。
优选的，所述内罩和外罩之间设置有压圈。
优选的，所述角度调节装置采用全方位运动的云台装置。
优选的，所述角度调节装置由底支架、机芯支架、测距雷达支架、球柄、尼龙齿轮、光耦卡片、轴承、压块、小轴承和固定片组成，所述测距装置设置在测距雷达支架上。
优选的，所述测距装置采用单点高速激光测距传感器。
优选的，所述底支架的安装孔与其内的轴承之间设置有尼龙垫片。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明是基于单点高速激光测距传感器配合全方位运动的云台装置实现三维空间数据的测量，对于硬件生产制造，数据整合处理方面的技术也更容易实现，生产成本相较于多线扫描雷达大大降低；
2、本发明针对于这种大型静态空间的测量，在工作效率上要更优于传统全站仪、经纬仪等测量方式，测量过程中不需人为进行操控，该设备通过设定好的程序短时间内就可以完成及其密集的点阵扫描，获得的数据量和测量效率是传统人工操控测量不可比拟的；
3、本发明量程可以做到百米以上，有特殊要求，还可以根据需求更换单点高速激光测距传感器进行调整；
4、本发明的各种元器件位于内罩和塑料外罩内部，面对外部环境如雨、雪、雾、灰尘等干扰，具有很好的抗干扰性能，同时也能够更好的适应高低温等恶劣环境；
5、本发明采用高速激光测距传感器代替了传统的相机，相对相机不会出现更新换代较快的问题，同时也能够改变相机分辨率低的问题；
6、本发明固定安装调试后，便可持续对空间环境进行扫描，安装方便，无需重复安装调试，而且能够进行360度扫描。
附图说明
图1为本发明实施例的3D激光扫描雷达测量图；
图2为本发明实施例的俯视平面扫描轨迹示意图；
图3为本发明实施例的坐标立体示意图；
图4为本发明实施例的坐标平面图；
图5为本发明的大型静态目标的建模系统结构示意图；
图6为本发明的大型静态目标的建模系统的流程图；
图7为本发明的3D激光扫描雷达的爆炸图；
图8为本发明的机芯支架和测距雷达支架的连接示意图；
图9为本发明的底支架结构示意图；
图10为本发明的机芯支架结构示意图。
图中：1、固定片；2、尼龙垫片；3、底支架；4、尼龙齿轮；5、光耦卡片；6、机芯支架；7、测距雷达支架；8、压块；9、外罩；10、压圈；11、小轴承；12、轴承；13、球柄；14、内罩。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
实施例：
请参阅图1-10，本发明提供一种技术方案：一种大型静态目标的建模方法，包括如下步骤：
3D激光扫描雷达采用吊臂式安装方式，需要确定产品的空间位置，并在上位机系统的软件操控系统中设置相应的扫描路线；
3D激光扫描雷达进行进行连续测量，输出X轴和Y轴的角度值以及雷达距测量的距离值；
设备输出：
X轴：角度值α；
Y轴：角度值β；
距离L：3D激光扫描雷达实时返回的直线距离值；
需要最终得出的数据是每个数据测量点相对于此空间的一个空间位置，所以需要最终获得每个测量的三维空间坐标值，x、y、z：
L2：x轴坐标；
L3：y轴坐标；
h2：z轴坐标；
标注定义：
O点：坐标原点(0,0,0)；
A点：为3D激光扫描雷达发射点；
B点：为A点在大型静态目标界面的投影点；
C点：为激光的测量点；
D点：为C点的投影点；
E点：为D点对应的投影点；
h：为3D激光扫描雷达照射垂直高度；
h1：为A点到B点的距离；
L：为A点到C点的实际测量距离值；
L1:为A点到C点测量直线的的投影线长；
α：为3D激光扫描雷达转轴角度X轴的角度∠EAD值；
β：为3D激光扫描雷达转轴角度Y轴的角度∠CAB值；
计算方法：
(a)求z轴坐标值h2：
h1＝L*cosβ；
h2＝h-h1；
(b)求x轴坐标值L2：
L1＝L*sinβ；
L2＝L1*sinα；
(c)求y轴坐标值L3：
L3＝L1*cosα；
通过计算解析数据的到对应x，y，z轴对应的L2,L3,h2的坐标值；
至此，通过系统解析众多数据点的三维坐标，通过软件对每一个数据进行处理，输出空间体积的三维扫描模型。
一种大型静态目标的建模系统，包括：
(a)上位机系统；
(b)数据传输系统；
(c)3D激光扫描雷达。
具体的，数据传输系统采用的是无线传输设备。
一种3D激光扫描雷达，包括角度调节装置，角度调节装置位于外罩9和内罩14内部，角度调节装置上设置有测距装置。
具体的，内罩14和外罩9之间设置有压圈10。
具体的，角度调节装置采用全方位运动的云台装置。
具体的，角度调节装置由底支架3、机芯支架6、测距雷达支架7、球柄13、尼龙齿轮4、光耦卡片5、轴承12、压块8、小轴承11和固定片1组成，测距装置设置在测距雷达支架7上。
具体的，测距装置采用单点高速激光测距传感器。
具体的，底支架3的安装孔与其内的轴承12之间设置有尼龙垫片2。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种大型静态目标的建模方法，其特征在于包括如下步骤：
3D激光扫描雷达采用吊臂式安装方式，需要确定产品的空间位置，并在上位机系统的软件操控系统中设置相应的扫描路线；
3D激光扫描雷达进行进行连续测量，输出X轴和Y轴的角度值以及雷达距测量的距离值；
设备输出：
X轴：角度值α；
Y轴：角度值β；
距离L：3D激光扫描雷达实时返回的直线距离值；
需要最终得出的数据是每个数据测量点相对于此空间的一个空间位置，所以需要最终获得每个测量的三维空间坐标值，x、y、z：
L2：x轴坐标；
L3：y轴坐标；
h2：z轴坐标；
标注定义：
O点：坐标原点(0,0,0)；
A点：为3D激光扫描雷达发射点；
B点：为A点在大型静态目标界面的投影点；
C点：为激光的测量点；
D点：为C点的投影点；
E点：为D点对应的投影点；
h：为3D激光扫描雷达照射垂直高度；
h1：为A点到B点的距离；
L：为A点到C点的实际测量距离值；
L1:为A点到C点测量直线的的投影线长；
α：为3D激光扫描雷达转轴角度X轴的角度∠EAD值；
β：为3D激光扫描雷达转轴角度Y轴的角度∠CAB值；
计算方法：
(a)求z轴坐标值h2：
h1＝L*cosβ；
h2＝h-h1；
(b)求x轴坐标值L2：
L1＝L*sinβ；
L2＝L1*sinα；
(c)求y轴坐标值L3：
L3＝L1*cosα；
通过计算解析数据的到对应x，y，z轴对应的L2,L3,h2的坐标值；
至此，通过系统解析众多数据点的三维坐标，通过软件对每一个数据进行处理，输出空间体积的三维扫描模型。
2.一种大型静态目标的建模系统，其特征在于包括：
(a)上位机系统；
(b)数据传输系统；
(c)3D激光扫描雷达。
3.根据权利要求2所述的一种大型静态目标的建模系统，其特征在于：所述数据传输系统采用的是无线传输设备。
4.一种3D激光扫描雷达，包括角度调节装置，其特征在于：所述角度调节装置位于外罩和内罩内部，所述角度调节装置上设置有测距装置。
5.根据权利要求4所述的一种3D激光扫描雷达，其特征在于：所述内罩和外罩之间设置有压圈。
6.根据权利要求4所述的一种3D激光扫描雷达，其特征在于：所述角度调节装置采用全方位运动的云台装置。
7.根据权利要求4所述的一种3D激光扫描雷达，其特征在于：所述角度调节装置由底支架、机芯支架、测距雷达支架、球柄、尼龙齿轮、光耦卡片、轴承、压块、小轴承和固定片组成，所述测距装置设置在测距雷达支架上。
8.根据权利要求4所述的一种3D激光扫描雷达，其特征在于：所述测距装置采用单点高速激光测距传感器。
9.根据权利要求4所述的一种3D激光扫描雷达，其特征在于：所述底支架的安装孔与其内的轴承之间设置有尼龙垫片。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910438544.9A CN110398211A (zh) | 2019-05-24 | 2019-05-24 | 一种大型静态目标的建模方法及其系统和装置 |
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| CN201910438544.9A CN110398211A (zh) | 2019-05-24 | 2019-05-24 | 一种大型静态目标的建模方法及其系统和装置 |
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|---|---|
| CN110398211A true CN110398211A (zh) | 2019-11-01 |
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