CN110942514B - 一种生成点云数据和全景图像的方法、系统及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生成点云数据和全景图像的方法、系统及装置，该方法包括根据预先构建的待扫描区域的内部地图规划移动载体的运动路径；根据运动路径设定扫描站点；使移动载体移动至各扫描站点；在各扫描站点使扫描装置扫描相应区域以生成点云数据和在该扫描站点的全景图像；该方法可以自动且快速地实现对待扫描区域的扫描，使用方便，扫描精确度高。

Description

一种生成点云数据和全景图像的方法、系统及装置

技术领域

本发明涉及车载计算机视觉领域，尤其涉及一种生成点云数据和全景图像的方法、系统及装置。

背景技术

在进行工厂改造、实现工厂数字孪生时，有必要获取厂房内部三维点云以及全景图像，在这种情况下，通常需要对厂房内部进行扫描，同时，通过扫描点云数据也能为远程漫游、虚拟仿真、智能制造提供数据基础。

通常，传统的固定式高精度激光扫描仪需要操作员手动操作，根据厂房内部布局和操作员的经验设置扫描站点，并且在获取点云数据和全景图像的过程中操作员需要避开当前工作站点的扫描区域。目前，为了解决固定式扫描耗时较长的问题，出现了移动式扫描车，例如navvis扫描车，该设备也需要人工推车扫描，通过三个单线激光雷达在运动过程中获得三维点云数据。但扫描车在拍摄全景图像时，需要操作员停止推动扫描车，等待扫描车静止以后再拍摄当前位置的全景图像，使用非常不便，且受操作员的影响大，导致扫描的精确度不高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述问题，提供一种生成点云数据和全景图像的方法、系统及装置。

具体地，本发明提供一种生成点云数据和全景图像的方法，包括：

根据预先构建的待扫描区域的内部地图规划移动载体的运动路径；

根据所述运动路径设定扫描站点；

使所述移动载体移动至各所述扫描站点；

在各所述扫描站点使扫描装置扫描相应区域以生成点云数据和在该扫描站点的全景图像。

作为上述技术方案的进一步改进，在所述移动载体移动至各所述扫描站点的过程中，还包括：

实时构建新地图；

根据所述实时构建的新地图与所述预先构建的内部地图动态增加新的扫描点。

作为上述技术方案的进一步改进，所述实时构建新地图包括：

实时采集所述移动载体在移动过程中的扫描信息；

根据所述扫描信息构建包括区域内物体的相关信息的新地图。

作为上述技术方案的进一步改进，所述动态增加新的扫描点包括：

将所述新地图与所述预先构建的内部地图进行比对，判断所述新地图中是否存在所述内部地图没有的新区域，若存在，计算所述新区域的面积；

确定所述移动载体的扫描范围，根据所述新区域的面积和所述扫描范围计算新的扫描点的数量；

将所述新的扫描点均分布置在所述新区域。

作为上述技术方案的进一步改进，所述相关信息包括所述物体的位置信息、高度信息和形状信息中的至少一种。

作为上述技术方案的进一步改进，所述扫描站点以均匀分布的方式设定在所述运动路径上。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种生成点云数据和全景图像的装置，包括：

路径规划模块，用于根据预先构建的待扫描区域的内部地图规划移动载体的运动路径；

扫描站点设定模块，用于根据所述运动路径设定扫描站点；

数据获取模块，用于使所述移动载体移动至各所述扫描站点以扫描所述待扫描区域生成点云数据。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种生成点云数据和全景图像的系统，包括：

包括计算机设备、移动式载体以及安装在所述移动式载体上的扫描装置；

所述计算机设备包括处理器和存储有计算机程序的存储器，所述处理器用于运行所述计算机程序以实施所述的生成点云数据和全景图像的方法。

作为上述技术方案的进一步改进，所述计算机设备设置在所述移动式载体上；或者，

所述计算机设备与所述移动式载体分离设置，所述计算机设备远程控制所述移动式载体以及所述扫描装置。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实施所述的生成点云数据和全景图像的方法。

与现有技术相比，本发明实施例提出了一种生成点云数据的方法，根据预先构建的待扫描区域的内部地图规划移动载体的运动路径，并根据运动路径设定扫描站点，可以自动且快速地实现对待扫描区域的扫描以生成点云数据和在该扫描站点的全景图像，使用方便，扫描精确度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。

图1示出了本发明实施例1的生成点云数据和全景图像的方法的示意性流程图；

图2示出了本发明实施例3的生成点云数据和全景图像的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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。

通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

目前在扫描工厂时采用的固定式扫描仪使用受限大，本发明通过设置移动式载体实现对厂房的自动扫描，不需要操作员干预操作，使用便利。且，在本发明中，预先规划了移动式载体的运动路径，并根据运动路径设定了扫描站点，能使得移动式载体在厂房中顺利行进，能快速且准确的到达扫描站点，在扫描站点展开扫描工作。

需要说明的是，该种生成点云数据的方法不仅适用于厂房，还适用于其他可以通过扫描进行仿真或者刻画的场所。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种生成点云数据和全景图像的方法，包括：

101：根据预先构建的待扫描区域的内部地图规划移动载体的运动路径。

本实施例中，将AVG小车作为移动载体，需要说明的是，本发明并不对移动载体的具体类型做限定，该移动载体还可以设置为移动机器人等其他类型的移动载体，只需其能达到自助移动的目的即可。

本发明以某厂房作为待扫描区域，首先根据该厂房的内部结构构建该厂房的内部地图，根据该内部地图确定AVG小车的可行驶区域，并进一步规划AVG小车的运动路径，在规划运动路径时，需注意避免碰撞到厂房内的设施或者物品以使AVG小车发生碰撞而损坏。

102：根据运动路径设定扫描站点。

本实施例中，在设定扫描站点时，采用均匀布置的方式将各扫描站点设置在运动路径上，可以实现对厂房更清楚匀称的扫描，避免出现某个区域被重复扫描而某些区域被遗漏扫描的情况。

103：使移动载体移动至各所述扫描站点；

104：在各扫描站点使扫描装置扫描相应区域以生成点云数据和在该扫描站点的全景图像。

AVG小车遍历所有的扫描站点，依次移动至各扫描站点进行扫描。当AVG小车移动至某个扫描站点后，停止运动，开启扫描工作。即，在扫描过程中，AVG小车保持停止行进状态，避免扫描过程中由于移动式载体的自主移动而导致扫描偏差等情况发生。在当前站点扫描完成后，AVG小车自动移动至下一个扫描站点进行扫描，实现整个扫描过程的全自动，避免因工作人员参与带来的人为干扰因素产生的误差。AVG小车在扫描站点获取在该站点的点云数据和全景图像，全景图像具有清楚的显示效果，便于人眼观看。

实施例2

AVG小车上设有扫描装置、激光雷达和摄像装置，当AVG小车达到某个扫描站点后，启动扫描仪进行扫描，获取当前位置的扫描信息。

需要说明的是，AVG小车在移动过程中，启动扫描仪、激光雷达和摄像装置实时采集移动过程中的扫描信息、位置信息和图像信息，并将该信息按照采集的时间实时传输至分析单元，每个扫描时刻对应一条包括扫描信息、位置信息、图像信息的总信息。

作为可变换的实施方式，每个扫描时刻的总信息还包括区域内物体的位置信息、高度信息、和形状信息中的至少一种。

分析单元接收各时刻的总信息得到一个能用于刻画AVG小车移动过程中实时经过的区域的信息集合，根据该信息集合构建新地图。

将新地图与预先构建的内部地图进行比对，判断新地图中是否存在内部地图没有的新区域，若存在，计算新区域的面积；然后，确定AVG小车的扫描范围，根据新区域的面积和扫描范围计算新的扫描点的数量。具体地，根据新区域的面积的大小与扫描范围的大小求余，计算得到扫描点的数量，并将新的扫描点均分布置在新区域。根据新区域的面积和扫描范围确定扫描点的数量，可以进一步准确地将新的扫描点分布到新的区域，扫描得到覆盖整个厂房的点云数据。

值得说明的是，本实施例中的扫描装置采用高精度激光扫描仪，该高精度激光扫描仪能够获取高精度的三维点云数据，同时也能够拍摄全景图像。本实施例中的三维点云数据指的以扫描装置为球心，一个扫描球面上各个点距离扫描装置的距离。扫描球面指包括水平360度，垂直方向上小于360度，一般为300度的存在。全景图像指的是上述球面上每个点的RGB信息。

实施例3

如图2所示，与上述方法实施例相对应地，本实施例提供一种生成点云数据和全景图像的装置，包括：

路径规划模块105，用于根据预先构建的待扫描区域的内部地图规划移动载体的运动路径；

扫描站点设定模块106，用于根据所述运动路径设定扫描站点；

数据获取模块107，用于使所述移动载体移动至各所述扫描站点以扫描所述待扫描区域生成点云数据。

实施例4

与上述方法实施例相对应地，本实施例提供一种生成点云数据和全景图像的系统，包括计算机设备、移动式载体以及安装在所述移动式载体上的扫描装置；

所述计算机设备包括处理器和存储有计算机程序的存储器，所述处理器用于运行所述计算机程序以实施所述的生成点云数据和全景图像的方法。

作为本实施例优选的实施方式，所述计算机设备设置在所述移动式载体上。

作为本实施例另一优选的实施方式，所述计算机设备与所述移动式载体分离设置，所述计算机设备远程控制所述移动式载体以及所述扫描装置。

实施例5

本实施例提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实施所述的生成点云数据和全景图像的方法。

本发明实施例提供一种生成点云数据的系统，包括：

移动式载体、安装在移动式载体上的扫描装置、激光雷达、摄像装置、和分析单元；

移动式载体用于移动至待扫描区域中的各扫描点；

扫描装置用于实时采集待扫描区域中的扫描信息；

激光雷达用于采集待扫描区域中的实时位置信息；

摄像装置用于采集待扫描区域中的实时图像信息；

分析单元用于根据预先构建的待扫描区域的内部地图规划移动载体的运动路径；根据运动路径设定扫描站点；并控制移动载体移动至各扫描站点以扫描待扫描区域生成点云数据。

作为本实施例优选的实施方式，分析单元还用于接收扫描、位置信息和图像信息；且分析单元包括：

构建子单元：用于实时构建新地图；

增设子单元，用于根据实时构建的新地图与预先构建的内部地图动态增加新的扫描点。

作为本实施例优选的实施方式，分析单元还包括：

比对子单元，用于将新地图与预先构建的内部地图进行比对，判断新地图中是否存在内部地图没有的新区域，若存在，计算新区域的面积；

计算子单元，用于获取移动载体的扫描范围值，根据新区域的面积和扫描范围值计算新的扫描点的数量；

增设子单元，还用于将新的扫描点均分布置在新区域。

上述各单元的具体应用方法在上述实施例中均已详述，此处，不做赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种生成点云数据和全景图像的方法，其特征在于，包括：

根据预先构建的待扫描区域的内部地图规划移动载体的运动路径；

根据所述运动路径设定扫描站点；

使所述移动载体依次移动至各所述扫描站点；

在各所述扫描站点使扫描装置扫描相应区域以生成点云数据和在该扫描站点的全景图像；

在所述移动载体依次移动至各所述扫描站点的过程中，还包括：

实时构建新地图；

根据所述实时构建的新地图与所述预先构建的内部地图动态增加新的扫描点；

所述移动载体移动至当前扫描站点后，停止运动，开启扫描；在所述当前扫描站点扫描完成后，所述移动载体自动移动至下一扫描站点进行扫描。

2.根据权利要求1所述的生成点云数据和全景图像的方法，其特征在于，所述实时构建新地图包括：

实时采集所述移动载体在移动过程中的扫描信息；

根据所述扫描信息构建包括区域内物体的相关信息的新地图。

3.根据权利要求1所述的生成点云数据和全景图像的方法，其特征在于，所述动态增加新的扫描点包括：

将所述新地图与所述预先构建的内部地图进行比对，判断所述新地图中是否存在所述内部地图没有的新区域，若存在，计算所述新区域的面积；

确定所述移动载体的扫描范围，根据所述新区域的面积和所述扫描范围计算新的扫描点的数量；

将所述新的扫描点均分布置在所述新区域。

4.根据权利要求2所述的生成点云数据和全景图像的方法，其特征在于，所述相关信息包括所述物体的位置信息、高度信息和形状信息中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的生成点云数据和全景图像的方法，其特征在于，所述扫描站点以均匀分布的方式设定在所述运动路径上。

6.一种生成点云数据和全景图像的装置，其特征在于，包括：

路径规划模块，用于根据预先构建的待扫描区域的内部地图规划移动载体的运动路径；

扫描站点设定模块，用于根据所述运动路径设定扫描站点；

数据获取模块，用于使所述移动载体依次移动至各所述扫描站点以扫描所述待扫描区域生成点云数据；

所述数据获取模块还用于：

实时构建新地图；

根据所述实时构建的新地图与所述预先构建的内部地图动态增加新的扫描点；

所述移动载体移动至当前扫描站点后，停止运动，开启扫描；

在所述当前扫描站点扫描完成后，所述移动载体自动移动至下一扫描站点进行扫描。

7.一种生成点云数据和全景图像的系统，其特征在于，包括计算机设备、移动式载体以及安装在所述移动式载体上的扫描装置；

所述计算机设备包括处理器和存储有计算机程序的存储器，所述处理器用于运行所述计算机程序以实施根据权利要求1至5中任一项所述的生成点云数据和全景图像的方法。

8.根据权利要求7所述的生成点云数据和全景图像的系统，其特征在于，所述计算机设备设置在所述移动式载体上；或者，

所述计算机设备与所述移动式载体分离设置，所述计算机设备远程控制所述移动式载体以及所述扫描装置。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实施根据权利要求1至5中任一项所述的生成点云数据和全景图像的方法。

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