CN110966986A - 室内三维自动扫描系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种室内三维自动扫描系统，包括行走装置、处理装置、转动圆盘、三维扫描装置以及定位手柄，所述定位手柄用于对扫描点进行定位，所述三维扫描装置用于在所述转动圆盘的带动下360度旋转探测所述定位手柄的位置，并拍摄所述定位手柄的图像发送至所述处理装置，所述处理装置用于对所述图像进行分析处理，计算出所述定位手柄相对于所述三维扫描装置的位置，并控制所述行走装置移动至扫描点位置处，所述三维扫描装置还用于在到达扫描点时进行360度空间扫描，绘制出扫描点的深度图和三维图。本发明通过人工操作定位手柄来对扫描点进行定位，可自由选择效果最佳的扫描点，使扫描出的图像更好的表现房间的布局。

Description

室内三维自动扫描系统

技术领域

本发明涉及三维扫描领域，具体而言，涉及一种室内三维自动扫描系统。

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。另外，扫描点的设置过于随意，使很多扫描出的图像不能较好地表现房间的布局，扫描得到的室内三维图精准度较低。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种室内三维自动扫描系统，结构简单、使用方便，使用者能选择最佳的位置进行扫描，在保证高精度的同时，结构灵活，具有通用性。

本发明采用的技术方案是：提供一种室内三维自动扫描系统，包括行走装置、安装在所述行走装置上的处理装置和转动圆盘、与所述转动圆盘固定相连的三维扫描装置以及定位手柄，所述定位手柄用于对扫描点进行定位，所述三维扫描装置用于在所述转动圆盘的带动下360度旋转探测所述定位手柄的位置，并拍摄所述定位手柄的图像发送至所述处理装置，所述处理装置用于对所述图像进行分析处理，计算出所述定位手柄相对于所述三维扫描装置的位置，并控制所述行走装置移动至扫描点位置处，所述三维扫描装置还用于在到达扫描点时进行360度空间扫描，绘制出扫描点的深度图和三维图。

在本发明所述的室内三维自动扫描系统中，所述定位手柄用于依次对多个扫描点进行定位，所述三维扫描装置用于依次拍摄所述定位手柄在各个扫描点处的图像并发送至所述处理装置，所述处理装置用于依次计算出各个扫描点的位置形成扫描路径，并在所述定位手柄定位完毕后，控制所述行走装置沿扫描路径行至各个扫描点，由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。

在本发明所述的室内三维自动扫描系统中，所述三维扫描装置包括图像处理器和与所述图像处理器相连的双目摄像头，所述图像处理器中预先存储有所述定位手柄的特征数据，其通过对所述双目摄像头拍摄的照片进行特征匹配识别出所述定位手柄，并通过双目测距法计算出所述定位手柄与所述三维扫描装置的相对位置和距离。

在本发明所述的室内三维自动扫描系统中，所述定位手柄为可以发光的光球。

在本发明所述的室内三维自动扫描系统中，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自动扫描系统中，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。

在本发明所述的室内三维自动扫描系统中，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自动扫描系统中，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自动扫描系统中，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自动扫描系统中，还包括用于在所述处理装置计算出所述定位手柄相对于所述三维扫描装置的位置后显示绿色的信号灯。

本发明提供的室内三维自动扫描系统通过人工操作定位手柄来对扫描点进行定位，使用者可以在室内实地考察自由选择位置并通过定位手柄来对扫描点进行定位，更有可能选出效果最佳的扫描点，使扫描出的图像更好的表现房间的布局；通过定位手柄与三维扫描装置的配合，使扫描点的标定变的更加的简单，标定的过程无需移动扫描设备，且具有标定速度快、标定准确度高等优点；通过红外避让装置使该室内三维自动扫描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自动扫描系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的室内三维自动扫描系统的扫描点定位示意图。

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和图2所示，本发明实施例提供的室内三维自动扫描系统，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以及定位手柄6。其中，处理装置2、转动圆盘3、三维扫描装置4、红外避让装置5均安装在行走装置1上，由行走装置1带动在室内行走；三维扫描装置4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均与处理装置2电性相连，由处理装置2控制其动作。具体的，定位手柄6为独立的结构，用于人工操作在扫描点进行定位；三维扫描装置4用于在转动圆盘3的带动下360度旋转探测定位手柄6的位置，并拍摄定位手柄6的图像发送至处理装置2；处理装置2用于对定位手柄6的图像进行分析处理，计算出定位手柄6相对于三维扫描装置4的位置，并控制行走装置1移动至扫描点位置处，三维扫描装置4还用于在到达扫描点时进行360度空间扫描，绘制出扫描点的深度图和三维图。当存在多个扫描点时，定位手柄6用于在使用者的操作下依次对多个扫描点进行定位，三维扫描装置4用于依次拍摄定位手柄6在各个扫描点处的图像并发送至处理装置2，处理装置2用于依次计算出各个扫描点的位置形成扫描路径，并在定位手柄6定位完毕后，控制行走装置1沿扫描路径行至各个扫描点并停留，待三维扫描装置4绘制当前扫描点的深度图和三维图后控制行走装置1移至下一扫描点，所有扫描点扫描完成后三维扫描装置4将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。本实施例通过人工操作定位手柄来对扫描点进行定位，使用者可以在室内实地考察自由选择位置并通过定位手柄来对扫描点进行定位，更有可能选出效果最佳的扫描点，使扫描出的图像更好的表现房间的布局。

进一步的，三维扫描装置4包括图像处理器和与图像处理器相连的双目摄像头，定位手柄6为可以发光的光球。图像处理器中预先存储有定位手柄6的特征数据，如定位手柄6不同空间位置的外形大小、RGB值以及深度值等，其通过对双目摄像头拍摄的照片进行特征匹配识别出定位手柄6，并通过双目测距法计算出定位手柄6与三维扫描装置4的相对位置和距离，并将该数据发送至处理装置2，使处理装置2记录并存储为扫描点。通过定位手柄6与三维扫描装置4的配合，使扫描点的标定变的更加的简单，标定的过程无需移动扫描设备，且具有标定速度快、标定准确度高等优点。为使用户能快速知道处理装置2是否对扫描点位置计算完成，本实施例还包括用于在处理装置2计算出定位手柄6相对于三维扫描装置4的位置后显示绿色的信号灯。

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51和多个红外接收管52，多个红外接收管52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51和多个红外接收管52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51所发出的红外线被障碍物反射后，被红外线接收管52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52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使该室内三维自动扫描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，并将三维数据信息发送至处理装置2。

该室内三维自动扫描系统在使用时，当扫描开始后，首先将其放置在室内比较开阔的空间，使用者手持定位手柄6进入房间，并行走到第一个预设的扫描点，在第一个预设的扫描点附近选取效果最佳的扫描点，待选取到效果最佳的扫描点后，启动定位手柄6的光球发光，同时启动室内三维自动扫描系统，处理装置2控制转动圆盘3旋转带动三维扫描装置4旋转，三维扫描装置4识别到定位手柄6的所在位置并拍摄图像，处理装置2根据三维扫描装置4的拍摄图像和拍摄时转动圆盘3的转动角度，计算出该扫描点相对于三维扫描装置4的具体位置坐标。待处理装置2对扫描点的坐标计算完成后，信号灯显示绿色，使用者即可熄灭定位手柄6的光球去添加第二个扫描点。依照这种方法依次添加室内所有的扫描点。当所有扫描点添加完毕后，使用者可以离开房间，处理装置2将控制行走装置1带动三维扫描装置4向第一个扫描点的位置移动，当到达第一个扫描点位置时，行走装置1停下来，转动圆盘3带动三维扫描装置4进行360度的旋转，三维扫描装置4在第一个扫描点进行360度的扫描，扫描完成后，三维扫描装置4将扫描点的数据进行整理发送至处理装置2，处理装置2控制行走装置1走向第二个扫描点，以此往复，直至所有扫描点均扫描完成，最后由处理装置2对扫描数据进行拼接，即可形成整个房间的扫描图像。

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 (10)

1.一种室内三维自动扫描系统，其特征在于，包括行走装置、安装在所述行走装置上的处理装置和转动圆盘、与所述转动圆盘固定相连的三维扫描装置以及定位手柄，所述定位手柄用于对扫描点进行定位，所述三维扫描装置用于在所述转动圆盘的带动下360度旋转探测所述定位手柄的位置，并拍摄所述定位手柄的图像发送至所述处理装置，所述处理装置用于对图像进行分析处理，计算出所述定位手柄相对于所述三维扫描装置的位置，并控制所述行走装置移动至扫描点位置处，所述三维扫描装置还用于在到达扫描点时进行360度空间扫描，绘制出扫描点的深度图和三维图。

2.根据权利要求1所述的室内三维自动扫描系统，其特征在于，所述定位手柄用于依次对多个扫描点进行定位，所述三维扫描装置用于依次拍摄所述定位手柄在各个扫描点处的图像并发送至所述处理装置，所述处理装置用于依次计算出各个扫描点的位置形成扫描路径，并在所述定位手柄定位完毕后，控制所述行走装置沿扫描路径行至各个扫描点，由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。

3.根据权利要求1所述的室内三维自动扫描系统，其特征在于，所述三维扫描装置包括图像处理器和与所述图像处理器相连的双目摄像头，所述图像处理器中预先存储有所述定位手柄的特征数据，其通过对所述双目摄像头拍摄的照片进行特征匹配识别出所述定位手柄，并通过双目测距法计算出所述定位手柄与所述三维扫描装置的相对位置和距离。

4.根据权利要求1所述的室内三维自动扫描系统，其特征在于，所述定位手柄为可以发光的光球。

5.根据权利要求1所述的室内三维自动扫描系统，其特征在于，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。

6.根据权利要求5所述的室内三维自动扫描系统，其特征在于，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。

7.根据权利要求6所述的室内三维自动扫描系统，其特征在于，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。

8.根据权利要求1所述的室内三维自动扫描系统，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。

9.根据权利要求1所述的室内三维自动扫描系统，其特征在于，所述三维扫描装置为结构光三维扫描装置。

10.根据权利要求1所述的室内三维自动扫描系统，其特征在于，还包括用于在所述处理装置计算出所述定位手柄相对于所述三维扫描装置的位置后显示绿色的信号灯。

Images