CN110966923B - 室内三维扫描与危险排除系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种室内三维扫描与危险排除系统，包括行走装置、安装在所述行走装置上的伸缩杆、与所述伸缩杆相连的转动圆盘、与所述转动圆盘固定相连的三维扫描装置以及处理装置，所述处理装置分别与所述行走装置和三维扫描装置电性相连，所述行走装置用于带动所述三维扫描装置在室内行走，所述转动圆盘用于带动所述三维扫描装置旋转，所述伸缩杆用于调节所述三维扫描装置的高度，所述三维扫描装置用于对周围进行360度空间扫描，绘制出深度图和三维图，并将拍摄的图像实时传输至所述处理装置。本发明可通过儿童视角的三维扫描装置对室内进行观察和三维扫描，能较好的发掘出室内可能对孩子造成危险的潜在物体或其他因素，保护孩童在室内玩乐的安全。

Description

室内三维扫描与危险排除系统

技术领域

本发明涉及三维扫描领域，具体而言，涉及一种室内三维扫描与危险排除系统。

背景技术

在目前的室内三维扫描中，多采用结构光三维扫描测量的方式，在室内固定点放置双摄像装置，利用双摄像装置的三角交汇得到形体的三维坐标信息。与传统测量方法相比，它具有无接触、检测速度快、数据量大等优点，但是同时，由于室内三维扫描需要布置的点过多，对每个检测点需要手动移动测量设备进行检测，一般情况下一个一百平米的房屋的扫描时间需要一到两个小时，扫描时间较长。更重要的是，目前的三维扫描多是从成人的视角来进行扫描，缺乏儿童视角的观察，同时也无法注意到儿童视角下的危险因素。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种室内三维扫描与危险排除系统，可以绘制出孩童视角下的房间图，方便成人了解孩子视角中的房间的，同时可以使成人对房间的布局进行调整，还可以对房间中的危险因素进行处理。

本发明采用的技术方案是：提供一种室内三维扫描与危险排除系统，包括行走装置、安装在所述行走装置上的伸缩杆、与所述伸缩杆相连的转动圆盘、与所述转动圆盘固定相连的三维扫描装置以及处理装置，所述处理装置分别与所述行走装置和三维扫描装置电性相连，所述行走装置用于带动所述三维扫描装置在室内行走，所述转动圆盘用于带动所述三维扫描装置旋转，所述伸缩杆用于调节所述三维扫描装置的高度，所述三维扫描装置用于对周围进行360度空间扫描，绘制出深度图和三维图，并将拍摄的图像实时传输至所述处理装置。

在本发明所述的室内三维扫描与危险排除系统中，还包括与所述处理装置相连的定位导向装置，所述定位导向装置用于指示所述行走装置朝预先设定的观察点行走。

在本发明所述的室内三维扫描与危险排除系统中，所述定位导向装置包括激光束发射器和激光接收器，所述处理装置通过控制所述行走装置使所述三维扫描装置按照所述激光束发射器发射的激光束信号所引导的路径行走。

在本发明所述的室内三维扫描与危险排除系统中，所述激光束发射器设置在所述行走装置边缘，所述激光接收器设置在所述行走装置顶部，包括设置在所述行走装置行走方向中间位置处的中心激光接收器以及对称设置在中心激光接收器两侧的偏离激光接收器。

在本发明所述的室内三维扫描与危险排除系统中，还包括用于使所述行走装置在行走过程中避开障碍物防止碰撞的红外避让装置。

在本发明所述的室内三维扫描与危险排除系统中，所述红外避让装置包括与所述行走装置电性相连的控制板以及设置在所述行走装置周围多个红外发射管和多个红外接收管，所述多个红外接收管与所述控制板相连接。

在本发明所述的室内三维扫描与危险排除系统中，所述行走装置包括壳体、设置在所述壳体中的左、右行走轮、设置在所述左、右行走轮之间的左、右驱动电机，所述左、右驱动电机的输出轴各连接有一变速器，两个变速器的输出轴分别与所述左、右行走轮相连接，所述控制板与所述左、右驱动电机电性相连。

在本发明所述的室内三维扫描与危险排除系统中，所述三维扫描装置为结构光三维扫描装置。

在本发明所述的室内三维扫描与危险排除系统中，所述三维扫描装置包括红外投射器、红外相机、深度计算芯片、彩色相机和三维图像处理器，所述红外投射器用于向目标物体投射红外激光散斑平面图案，所述红外相机用于拍摄附带有红外激光图案的目标物体，并且生成红外图像，所述彩色相机用于拍摄带有二维数据信息的目标物体，所述深度计算芯片与红外相机电连接，红外相机拍摄目标物体生成的红外图像传输至深度计算芯片，由深度计算芯片经过计算处理得出红外图像的深度数据并将红外图像的深度数据输出，所述三维图像处理器与红外投射器、红外相机、深度计算芯片和彩色相机进行电连接，所述深度计算芯片输出的红外图像深度数据传输至三维图像处理器，所述三维图像处理器同时接收所述彩色相机拍摄目标物体得到的二维数据信息，结合二维数据信息和深度数据信息得出目标物体的三维数据信息，并将所述三维数据信息发送至所述处理装置。

在本发明所述的室内三维扫描与危险排除系统中，所述处理装置还用于在室内设置多个扫描点，并通过控制所述定位导向装置和行走装置移动至各个扫描点，所述三维扫描装置绘制出各个扫描点的深度图和三维图后发送至所述处理装置，由所述处理装置将各个扫描点的三维图进行拼接形成完整的室内三维图。

本发明提供的室内三维扫描与危险排除系统易于操作、实现效果好，可通过儿童视角的三维扫描装置对室内进行观察和三维扫描，能较好的发掘出室内可能对孩子造成危险的潜在物体或其他因素，保护孩童在室内玩乐的安全；通过红外避让装置使该系统可以在行走过程中避开室内物体，防止发生碰撞；采用基于结构光的三维扫描装置进行室内三维成像，具有精度高、结构灵活、通用性强等优点。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例提供的室内三维扫描与危险排除系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供的室内三维扫描与危险排除系统，包括行走装置1、处理装置2、转动圆盘3、三维扫描装置4、红外避让装置5、伸缩杆6和定位导向装置7。其中，行走装置1用于带动系统整体在室内行走，处理装置2固定安装在行走装置1上，转动圆盘3通过伸缩杆6与行走装置1相连，三维扫描装置4固定安装在转动圆盘3上，由转动圆盘3带动旋转；行走装置1、转动圆盘3、三维扫描装置4、定位导向装置7均与处理装置2电性相连，由处理装置2控制其动作。本实施例主要通过三维扫描装置4来实现对室内危险物体和排查，具体的，行走装置1用于带动三维扫描装置4在室内行走，转动圆盘3用于带动三维扫描装置4旋转，使其可以360度空间扫描，伸缩杆6用于调节三维扫描装置4的高度，其可以沿纵向伸缩，并在伸缩过程中随时固定，从而方便的模拟孩童的身高和视角进行观察。三维扫描装置4用于对周围进行360度空间扫描，绘制出深度图和三维图，并将拍摄的图像实时传输至处理装置2，再由处理装置2中的通信单元传输至手机/VR设备，使使用者可以实时观看三维扫描装置4拍摄到的画面。使用者可以在手机或VR端观察孩子视角下的房间，并找出可能潜在的危险因素，比如容易坠落的物体、容易引起孩子兴趣的危险品、以及相同高度时可能对孩子造成危害的尖锐物体等。同时，在观察过程中，可以根据孩童的视角，来对房间的物体位置进行调整，尤其是对于孩子的房间进行比较好的搭配。

本实施例中的定位导向装置7用于指示行走装置1朝预先设定的观察点行走，定位导向装置7包括激光接收器71和可转动的激光束发射器72，处理装置2通过控制行走装置1使三维扫描装置4按照激光束发射器72发射的激光束信号所引导的路径行走。激光束发射器72设置在行走装置1边缘，激光接收器71设置在行走装置1顶部，包括设置在行走装置1行走方向中间位置处的中心激光接收器以及对称设置在中心激光接收器两侧的偏离激光接收器。为了提高信号发送和接收的有效性，所述激光束发射器72为线激光束发射器，其发射的激光信号为线激光束信号。由于激光有聚光性较好的特性，因此能够使得光线在远距离传输时有很好的聚光性。但如果利用点激光，会对激光发射和接收的方向要求很高，激光信号的接收会非常不方便；而如果利用线激光，则既能满足远距离导向的要求，又能使激光信号的接收变得更加方便。

本实施例中的红外避让装置5用于使行走装置1在行走过程中避开障碍物防止碰撞，红外避让装置5的探测距离为10-25cm左右，其包括与行走装置1电性相连的控制板以及设置在行走装置1周围多个红外发射管和多个红外接收管，多个红外接收管与控制板电性连接。行走装置1包括壳体、设置在壳体中的左、右行走轮、设置在左、右行走轮之间的左、右驱动电机，左、右驱动电机的输出轴各连接有一变速器，两个变速器的输出轴分别与左、右行走轮相连接，控制板与左、右驱动电机电性相连。多个红外发射管和多个红外接收管具体可分为安装在行走装置1前侧的前红外发射管和前红外接收管、安装在行走装置1左侧的左红外发射管和左红外接收管以及安装在行走装置1右侧的右红外发射管和右红外接收管，其原理为：红外发射管所发出的红外线被障碍物反射后，被红外线接收管接收并将反射信号送至控制板，此时，控制板控制相应的左、右驱动电机转动，使行走装置1自动避开障碍物。例如，如果在行走装置1的左边或左前方有障碍物，红外接收管将接收到反射信号发给控制板，控制板会对左驱动电机发出驱动信号，使其快速转动，同时控制右边的驱动电机转速降低，使得两个驱动电机有转速差，行走装置1可进行转弯避让，同理，在右方或右前方如果有障碍物，也可以这样进行行走避让，对于装置行走的快慢，转弯半径的大小，可由控制板输出相应的信号给左右驱动马达来实现。通过红外避让装置5使该室内三维扫描与危险排除系统可以在行走过程中避开室内物体，防止发生碰撞。

进一步的，三维扫描装置4为结构光三维扫描装置，包括红外投射器、红外相机、深度计算芯片、彩色相机和三维图像处理器，红外投射器用于向目标物体投射红外激光散斑平面图案，红外相机用于拍摄附带有红外激光图案的目标物体，并且生成红外图像，彩色相机用于拍摄带有二维数据信息的目标物体，深度计算芯片与红外相机电连接，红外相机拍摄目标物体生成的红外图像传输至深度计算芯片，由深度计算芯片经过计算处理得出红外图像的深度数据并将红外图像的深度数据输出，三维图像处理器与红外投射器、红外相机、深度计算芯片和彩色相机进行电连接，深度计算芯片输出的红外图像深度数据传输至三维图像处理器，三维图像处理器同时接收彩色相机拍摄目标物体得到的二维数据信息，结合二维数据信息和深度数据信息得出目标物体的三维数据信息。

当需要在室内设置多个用于三维扫描装置4扫描的扫描点时，可通过处理装置2在室内设置多个扫描点，并控制定位导向装置7和行走装置1移动至各个扫描点，此时，当三维扫描装置4到达扫描点的正上方时，转动圆盘3带动三维扫描装置4进行360度的旋转，扫描完成后，行走装置1在定位导向装置7的指引下朝下一个扫描点移动，三维扫描装置4在第二个扫描点进行扫描，当所有扫描点扫描完成后，三维扫描装置4将绘制出各个扫描点的深度图和三维图后发送至处理装置2，由处理装置2将各个扫描点的三维图进行拼接形成完整的室内三维图。本发明可以绘制出孩童视角下的房间图，方便成人了解孩子视角中的房间的，同时可以使成人对房间的布局进行调整，还可以对房间中的危险因素进行处理。

以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种室内三维扫描与危险排除系统，其特征在于，包括行走装置、安装在所述行走装置上的伸缩杆、与所述伸缩杆相连的转动圆盘、与所述转动圆盘固定相连的三维扫描装置以及处理装置，所述处理装置分别与所述行走装置和三维扫描装置电性相连，所述行走装置用于带动所述三维扫描装置在室内行走，所述转动圆盘用于带动所述三维扫描装置旋转，所述伸缩杆用于调节所述三维扫描装置的高度，其可以沿纵向伸缩，并在伸缩过程中随时固定，从而模拟孩童的身高和视角进行观察；所述三维扫描装置用于对周围进行360度空间扫描，绘制出深度图和三维图，并将拍摄的图像实时传输至所述处理装置；再由处理装置中的通信单元传输至手机/VR设备，使使用者实时观看三维扫描装置拍摄到的画面，使用者在手机/VR 设备端观察孩子视角下的房间，找出潜在的危险因素，实现室内对孩童危险物体的排除；还包括与所述处理装置相连的定位导向装置，所述定位导向装置用于指示所述行走装置朝预先设定的多个扫描点行走；所述处理装置还用于在室内预先设置多个扫描点，并通过控制所述定位导向装置和行走装置移动至各个扫描点，所述三维扫描装置绘制出各个扫描点的深度图和三维图后发送至所述处理装置，由所述处理装置将各个扫描点的三维图进行拼接形成完整的室内三维图；所述行走装置包括壳体、设置在所述壳体中的左、右行走轮、设置在所述左、右行走轮之间的左、右驱动电机，所述左、右驱动电机的输出轴各连接有一变速器，两个变速器的输出轴分别与所述左、右行走轮相连接，所述控制板与所述左、右驱动电机电性相连；还包括用于使所述行走装置在行走过程中避开障碍物防止碰撞的红外避让装置，所述红外避让装置包括与所述行走装置电性相连的控制板以及设置在所述行走装置周围的多个红外发射管和多个红外接收管，所述多个红外接收管与所述控制板相连接。

2.根据权利要求1所述的室内三维扫描与危险排除系统，其特征在于，所述定位导向装置包括激光束发射器和激光接收器，所述处理装置通过控制所述行走装置使所述三维扫描装置按照所述激光束发射器发射的激光束信号所引导的路径行走。

3.根据权利要求2所述的室内三维扫描与危险排除系统，其特征在于，所述激光束发射器设置在所述行走装置边缘，所述激光接收器设置在所述行走装置顶部，包括设置在所述行走装置行走方向中间位置处的中心激光接收器以及对称设置在中心激光接收器两侧的偏离激光接收器。

4.根据权利要求1所述的室内三维扫描与危险排除系统，其特征在于，所述三维扫描装置为结构光三维扫描装置。

5.根据权利要求4所述的室内三维扫描与危险排除系统，其特征在于，所述三维扫描装置包括红外投射器、红外相机、深度计算芯片、彩色相机和三维图像处理器，所述红外投射器用于向目标物体投射红外激光散斑平面图案，所述红外相机用于拍摄附带有红外激光散斑平面图案的目标物体，并且生成红外图像，所述彩色相机用于拍摄带有二维数据信息的目标物体，所述深度计算芯片与红外相机电连接，红外相机拍摄目标物体生成的红外图像传输至深度计算芯片，由深度计算芯片经过计算处理得出红外图像的深度数据并将红外图像的深度数据输出，所述三维图像处理器与红外投射器、红外相机、深度计算芯片和彩色相机进行电连接，所述深度计算芯片输出的红外图像深度数据传输至三维图像处理器，所述三维图像处理器同时接收所述彩色相机拍摄目标物体得到的二维数据信息，结合二维数据信息和深度数据信息得出目标物体的三维数据信息，并将所述三维数据信息发送至所述处理装置。

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