CN111678459A - 三维扫描方法、三维扫描系统和计算机可读存储介质 - Google Patents

三维扫描方法、三维扫描系统和计算机可读存储介质 Download PDF

Info

Publication number
CN111678459A
CN111678459A CN202010519360.8A CN202010519360A CN111678459A CN 111678459 A CN111678459 A CN 111678459A CN 202010519360 A CN202010519360 A CN 202010519360A CN 111678459 A CN111678459 A CN 111678459A
Authority
CN
China
Prior art keywords
dimensional
information
cameras
point
scanner
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010519360.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111678459B (zh
Inventor
王江峰
郑俊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Scantech Hangzhou Co Ltd
Original Assignee
Hangzhou Scantech Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hangzhou Scantech Co ltd filed Critical Hangzhou Scantech Co ltd
Priority to CN202010519360.8A priority Critical patent/CN111678459B/zh
Publication of CN111678459A publication Critical patent/CN111678459A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111678459B publication Critical patent/CN111678459B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2513—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object with several lines being projected in more than one direction, e.g. grids, patterns
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/2433—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures for measuring outlines by shadow casting
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2504—Calibration devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2545—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object with one projection direction and several detection directions, e.g. stereo

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本申请涉及一种三维扫描方法、三维扫描系统和计算机可读存储介质。该三维扫描方法包括：通过三维扫描仪向被扫描对象的表面投射多个三维光面，使用三维扫描仪的至少两个摄像头同步采集被扫描对象的二维图像，得到至少两个同步二维图像；跟踪器在三维扫描仪采集至少两个同步二维图像时同步跟踪三维扫描仪的位姿信息；计算单元根据空间位置关系和至少两个同步二维图像，生成可信三维点面信息，并且根据可信三维点面信息和与可信三维点面信息对应的三维扫描仪的位姿信息，重建被扫描对象的三维模型。通过本发明，解决了相关技术中被扫描对象表面的标记点容易导致三维点面信息误匹配的问题，避免了因被扫描对象表面的标记点导致的误差。

Description

三维扫描方法、三维扫描系统和计算机可读存储介质
技术领域
本申请涉及三维扫描领域，特别是涉及三维扫描方法、三维扫描系统、计算机设备和计算机可读存储介质。
背景技术
结构光三维扫描仪是一种利用投影结构光的方法获取被测量物体三维信息的设备，目前广泛应用于工业产品检测、逆向设置、仿真、定位等领域。结构光立体视觉的基本原理是，利用结构光(如线激光、格雷码、莫尔条纹等)投影，基于三角法原理和极线约束原理，经图像匹配后获得物体的局部三维信息，再通过点面信息拼接和重构获得物体的整体三维模型。近年来，各类结构光三维扫描测量设备，特别是手持式三维扫描仪发展迅速。
手持式三维扫描仪通常包括一个结构光投影器、两个相机以及用于进行三维数字图像处理的计算单元。两个相机通过三角测量原理获得物体的三维数据，再基于标记点再计算单元进行数据拼接，实现三维扫描和测量功能。手持式三维扫描仪携带方便，使用自由，应用广泛。
为了提高扫描的速度，上述结构光投影器通常配置为可投射多线激光的一个或多个激光器，同时投射数十条甚至上百条密集线结构光，然后通过算法找到正确的匹配。其难点是，密集三维光面纹同时投射到表面带标记点的物体上时，对目标像素的识别会降低，且容易引起大量的误匹配，很难单纯通过算法排除；进一步，反光标记点需要额外补光，补光灯的光线同时也会引起更多的误匹配，使扫描变得困难，特别是当扫描对象为反光件或深黑物体时。如果不贴标记点，基于物体本身特征进行拼接，则精度较低，且不适用于特征较少的对象。
发明内容
本申请实施例提供了一种三维扫描方法、三维扫描系统、计算机设备和计算机可读存储介质，以至少解决相关技术中被扫描对象表面的标记点容易导致三维点面信息误匹配的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种三维扫描系统，包括：三维扫描仪、跟踪器和计算单元；所述三维扫描仪和所述跟踪器分别与所述计算单元电性连接；其中，
所述三维扫描仪包括线结构光投影器和至少两个摄像头；其中，所述线结构光投影器，用于向被扫描对象的表面投射多个三维光面，所述多个三维光面在所述被扫描对象的表面形成多条线结构光；所述多个三维光面、所述至少两个摄像头的空间位置关系均被预先标定；所述至少两个摄像头，用于在所述被扫描对象的表面形成有所述多条线结构光的情况下，同步采集所述被扫描对象的二维图像，得到至少两个同步二维图像；
所述跟踪器，用于在所述三维扫描仪采集所述至少两个同步二维图像时同步跟踪所述三维扫描仪的位姿信息；
所述计算单元，用于根据所述空间位置关系和所述至少两个同步二维图像，生成可信三维点面信息，并且根据所述可信三维点面信息和与所述可信三维点面信息对应的三维扫描仪的位姿信息，重建所述被扫描对象的三维模型。
在其中一些实施例中，所述三维扫描仪包括N个摄像头A1，A2，…，AN，N≥2，其中，所述多个三维光面以及所述N个摄像头中每个摄像头之间的空间位置关系均被预先标定；所述计算单元，用于根据以下信息中的至少两项信息生成备选三维点面信息，并使用以下信息中除所述至少两项信息之外的信息校验所述备选三维点面信息，得到所述可信三维点面信息：所述多个三维光面；摄像头A1，A2，…，AN同步采集的二维图像B1，二维图像B2，…，二维图像BN。
在其中一些实施例中，所述三维扫描仪包括N个摄像头A1，A2，…，AN，N≥3，其中，所述多个三维光面以及所述N个摄像头中每个摄像头之间的空间位置关系均被预先标定；所述计算单元，用于根据以下信息中的两项信息生成备选三维点面信息，并使用以下信息中除所述两项信息之外的信息校验所述备选三维点面信息，得到所述可信三维点面信息：所述多个三维光面；摄像头A1，A2，…，AN同步采集的二维图像B1，二维图像B2，…，二维图像BN。
在其中一些实施例中，所述三维扫描系统还包括：时钟同步单元，所述时钟同步单元分别与所述三维扫描仪和所述跟踪器电性连接；所述时钟同步单元用于提供时钟同步信号；其中，所述线结构光投影器、所述三维扫描仪的至少两个摄像头以及所述跟踪器根据所述时钟同步信号同步工作。
第二方面，本申请实施例提供了一种第一方面所述的三维扫描系统的三维扫描方法，所述三维扫描方法包括：
所述三维扫描仪向所述被扫描对象的表面投射多个三维光面，在所述多个三维光面在所述被扫描对象的表面形成多条线结构光的情况下，使用所述三维扫描仪的至少两个摄像头同步采集所述被扫描对象的二维图像，得到所述至少两个同步二维图像；其中，所述多个三维光面、所述至少两个摄像头的空间位置关系均被预先标定；
所述跟踪器在所述三维扫描仪采集所述至少两个同步二维图像时同步跟踪所述三维扫描仪的位姿信息；
所述计算单元根据所述空间位置关系和所述至少两个同步二维图像，生成可信三维点面信息，并且根据所述可信三维点面信息和与所述可信三维点面信息对应的三维扫描仪的位姿信息，重建所述被扫描对象的三维模型。
在其中一些实施例中，所述三维扫描仪包括N个摄像头A1，A2，…，AN，N≥2，其中，所述多个三维光面以及所述N个摄像头中每个摄像头之间的空间位置关系均被预先标定；所述计算单元根据所述空间位置关系和所述至少两个同步二维图像，生成可信三维点面信息包括：
所述计算单元根据以下信息中的至少两项信息生成备选三维点面信息，并使用以下信息中除所述至少两项信息之外的信息校验所述备选三维点面信息，得到所述可信三维点面信息：所述多个三维光面；摄像头A1，A2，…，AN同步采集的二维图像B1，二维图像B2，…，二维图像BN。
在其中一些实施例中，所述三维扫描仪包括N个摄像头A1，A2，…，AN，N≥3，其中，所述多个三维光面以及所述N个摄像头中每个摄像头之间的空间位置关系均被预先标定；所述计算单元根据所述空间位置关系和所述至少两个同步二维图像，生成可信三维点面信息包括：
所述计算单元根据以下信息中的两项信息生成备选三维点面信息，并使用以下信息中除所述两项信息之外的信息校验所述备选三维点面信息，得到所述可信三维点面信息：所述多个三维光面；摄像头A1，A2，…，AN同步采集的二维图像B1，二维图像B2，…，二维图像BN。
在其中一些实施例中，所述计算单元根据由所述N个摄像头中的两个摄像头采集到的两个同步二维图像生成备选三维点面信息，并使用所述多个三维光面和除所述两个同步二维图像以外的其他二维图像校验所述备选三维点面信息，得到所述可信三维点面信息包括：
所述计算单元选取在相同时刻由所述N个摄像头中的两个摄像头采集到的两个同步二维图像，并根据所述两个同步二维图像按照三角法原理和极线约束原理生成所述备选三维点面信息；
所述计算单元根据所述三维光面与所述两个摄像头的空间位置关系，使用所述多个三维光面校验所述备选三维点面信息，以及根据其他摄像头与所述两个摄像头的空间位置关系，使用在所述相同时刻由所述其他摄像头采集到的同步二维图像校验所述备选三维点面信息，得到所述可信三维点面信息。
在其中一些实施例中，所述三维扫描仪向所述被扫描对象的表面投射的三维光面的数量大于或等于8个。
第三方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一方面所述的三维扫描方法。
相比于相关技术，本申请实施例提供的三维扫描方法、三维扫描系统和计算机可读存储介质，通过三维扫描仪向被扫描对象的表面投射多个三维光面，在多个三维光面在被扫描对象的表面形成多条线结构光的情况下，使用三维扫描仪的至少两个摄像头同步采集被扫描对象的二维图像，得到至少两个同步二维图像；其中，多个三维光面、至少两个摄像头的空间位置关系均被预先标定；跟踪器在三维扫描仪采集至少两个同步二维图像时同步跟踪三维扫描仪的位姿信息；计算单元根据空间位置关系和至少两个同步二维图像，生成可信三维点面信息，并且根据可信三维点面信息和与可信三维点面信息对应的三维扫描仪的位姿信息，重建被扫描对象的三维模型的方式，解决了相关技术中被扫描对象表面的标记点容易导致三维点面信息误匹配的问题，避免了因被扫描对象表面的标记点导致的误差。
本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a是根据本申请实施例的一种三维扫描系统的结构示意图；
图1b是根据本申请实施例的另一种三维扫描系统的结构示意图；
图2是根据本申请实施例的三维光面数量、摄像头数量以及连通区域精确匹配数量的变化趋势示意图；
图3是根据本申请实施例的可信三维点面信息获取方法一的示意图；
图4是根据本申请实施例的可信三维点面信息获取方法二的示意图；
图5是根据本申请实施例的三维扫描方法的流程图；
图6是根据本申请优选实施例的三维扫描方法的流程图；
图7是根据本申请实施例的三维点面信息集合的校验示意图一；
图8是根据本申请实施例的三维点面信息集合的校验示意图二；
图9是根据本申请实施例的计算机设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性连接，不管是直接的还是间接的。其中，在不冲突的情况下，电性连接可以是有线连接也可以是无线连接。本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
为了便于理解，首先以线状结构光为例介绍本申请所基于的结构光视觉检测，以及非接触式跟踪的基本原理。
进行三维扫描时，首先由结构光投影器向被扫描对象投射线状激光，投射的线状激光形成一个三维光面，三维光面与被扫描对象相交时，会在被扫描对象表面形成一条亮的扫描线。由于扫描线包含了三维光面与物体相交的所有的表面点，因此根据扫描线的坐标可以得到物体的相应的表面点的三维坐标。该三维坐标映射到三维光面上，则得到扫描线的二维图像。根据同步采集的两个二维图像，根据三角法原理和极线约束原理即可以计算出其对应的物体表面点的三维坐标，这就是结构光视觉检测的基本原理。
非接触式跟踪技术的基本原理是结构光投影器投射结构光在待扫描物体表面，三维扫描仪的摄像头获取二维图像，通过已标定的三维扫描仪摄像头的空间位置关系，根据双目图像之间的极线约束关系及相关算法寻找匹配点，继而根据三角法原理重建出三维扫描仪的摄像头坐标系Oc下的三维点面信息P。在三维扫描仪的表面通常设有至少三个可以被跟踪器捕捉到、且与三维扫描仪的空间位置关系已标定的目标特征，根据已标定的三维扫描仪的摄像头和三维扫描仪上的目标特征之间的转换矩阵R2T2，把三维扫描仪获取的点面信息P转化到目标特征坐标系下P1:P1＝P*R2+T2；跟踪器获取的三维扫描仪的目标特征，同时该目标特征在三维扫描仪上的空间位置分布关系已知；通过三维扫描仪的目标特征在二维图像的坐标信息，以及重建得到的三维点信息，可以利用后方交会算法得到图像的外方位元素，从而获得跟踪器到扫描仪目标特征坐标系之间的转换矩阵R1T1；利用R1T1得到点P1到跟踪器坐标系下的点面信息坐标P2：P2＝P1*R1+T1；从而得到点面信息P到跟踪器坐标系下的坐标：P2＝(P*R2+T2)*R1+T1，即是三维扫描仪得到的被扫描对象的表面的点面信息在全局坐标系下的坐标。
本实施例提供了一种三维扫描系统。图1a是根据本申请实施例的三维扫描系统的结构示意图，如图1a所示，该三维扫描系统包括：三维扫描仪11、跟踪器12和计算单元13，其中，
如图1a所示，三维扫描仪11与计算单元13电性连接。在本实施例中，三维扫描仪11包括线结构光投影器111、用于同时采集被扫描对象的二维图像的至少两个摄像头，分别为第一摄像头1121和第二摄像头1122，以及至少三个目标特征113。
上述的第一摄像头1121和第二摄像头1122包括能够捕获目标空间的可见光波段或者不可见光波段的相机、CCD传感器或者CMOS传感器。上述的第一摄像头1121和第二摄像头1122在被扫描对象的表面形成有多条线结构光的情况下，同步采集被扫描对象的二维图像，得到两个同步二维图像。
上述的线结构光投影器111包括用于投射多条线结构光图案到被扫描对象的表面的一个投影仪，或者用于投射单条线结构光图案到被扫描对象的表面的多个投影仪。优选地，在采用多个投影仪时，多个投影仪并排设置，同步向三维扫描仪投射多个三维光面，这多个三维光面与被扫描对象的表面相交，形成多条密集且平行的线结构光图案。该投影仪可以是数字光处理(DLP)投影仪。线结构光投影器111投射的多条线结构光(或该多个三维光面)与第一摄像头1121、第二摄像头1122的空间位置关系均被预先标定。优选地，线结构光投影器111投射的多条线结构光之间相互平行且距离相等，以降低运算量。
在本实施例中，可以将线结构光投影器111、第一摄像头1121、第二摄像头1122，以及至少三个目标特征113安装在安装架上，然后对它们的空间位置关系进行标定，从而使得在三角测量法计算中，目标特征、第一摄像头1121和第二摄像头1122中任意两者之间的距离、角度等信息是已知的，线结构光投影器111的位置及投射角度等信息也是已知的。
在本实施例中，三维扫描仪11的至少三个目标特征113可以是自发光的目标特征或者反光的目标特征。
跟踪器12与计算单元13电性连接，跟踪器12用于在三维扫描仪11采集二维图像时，通过捕捉三维扫描仪11的至少三个目标特征113来跟踪三维扫描仪11的位姿。
在本实施例中，跟踪器12至少包括一个跟踪摄像头，该跟踪摄像头用于捕捉三维扫描仪11表面固定的至少三个目标特征113。由于这至少三个目标特征113之间的空间位置关系被预先标定，因此，根据这至少三个目标特征113能够确定三维扫描仪11的位姿。
需要说明的是，在本实施例中以通过跟踪器12跟踪三维扫描仪11的至少三个目标特征113来获取三维扫描仪11的位姿为例来进行说明。然而，通过接触式或者非接触式跟踪的方式获取三维扫描仪11的位姿的方法有多种，例如机械臂姿态定位、惯导系统跟踪、飞秒激光定位等，且在本申请中并不限于此。
计算单元13，可以包括三维点面信息生成子单元131和三维模型重建子单元132，其中，三维点面信息生成子单元131用于根据已标定的空间位置关系和所述至少两个同步二维图像，生成可信三维点面信息；三维模型重建子单元132，用于根据所述可信三维点面信息和与所述可信三维点面信息对应的三维扫描仪的位姿信息，重建所述被扫描对象的三维模型。其中，计算单元13重建被扫描对象的三维模型的基本原理是上述两个摄像头同步拍摄两幅多条结构光投影下的二维图像，两幅同步二维图像中的二维点数据分别被提取，再利用对应的两个摄像头的标定内参和位姿参数，结合极线约束关系，根据三角法原理计算得到三维点面信息集合，最后根据三维点面信息集合重建被扫描对象的三维模型。在三维光面与摄像头的空间位置关系被预先标定的情况下，还可以使用三维光面与一幅二维图像计算三维点面信息集合。
在其中一些实施例中，为了实现三维扫描仪11和跟踪器12的同步工作，三维扫描系统还包括时钟同步单元14，时钟同步单元14分别与三维扫描仪11和跟踪器12电性连接。时钟同步单元14用于提供时钟同步信号。其中，三维扫描仪11中的线结构光投影器111、至少两个摄像头以及跟踪器12根据时钟同步信号同步工作。需要说明的是，本实施例中时钟同步单元14可以是独立于跟踪器12、三维扫描仪11及计算单元13的独立单元，也可以位于跟踪器12、三维扫描仪11及计算单元13中的任一单元或者设备中。
在本实施例中三维扫描仪11中的线结构光投影器111、至少两个摄像头以及跟踪器12根据时钟同步信号同步工作包括：线结构光投影器111在向被扫描对象的表面投射结构光图案期间，上述的至少两个摄像头以及跟踪器12同时拍摄。
图2表示在不考虑连通区域的长度、摄像头摆放位置和三维光面间距等影响时，摄像头和三维光面数量变化影响一个连通区域精确匹配的变化趋势图。如图2所示在一个摄像头机并标定三维光面，或者两个摄像头但不标定三维光面的情况下，一个连通区域精确匹配的数量与三维光面数量成正比，如果三维光面数量大于1，单摄像头采集到的二维图像的连通区域无法匹配正确的三维光面编号。然而，如果三维光面不标定，只有一个摄像头，三维光面数量等于1也将无法重建出三维点面信息。
为了解决上述问题，在本实施例中在第一摄像头1121的基础上，可以再增加第二摄像头1122用于校验或用于重建三维，得到备选三维点面信息(即点云集合)后使用标定的三维光面校验。在其中一些实施例中，三维点面信息生成子单元包括：二维图像特征提取器，用于提取被扫描对象被摄像头拍摄的二维图像上的至少两条线状图案的二维线条集合；三维点面信息生成器，用于将二维线条集合生成备选三维点面信息集合；三维点面信息校验器，用于从备选三维点面信息集合中筛选出正确匹配的可信三维点面信息集合。
在其中一些实施例中，所述三维扫描仪并不限于上述两个摄像头，而是可以包括两个以上的摄像头。例如，三维扫描仪包括N个摄像头A1，A2，…，AN，N≥2，其中，所述多个三维光面以及所述N个摄像头中每个摄像头之间的空间位置关系均被预先标定；三维点面信息生成器用于根据以下信息1)至N+1)中的至少两项信息生成备选三维点面信息，三维点面信息校验器用于使用以下信息中除所述至少两项信息之外的信息校验所述备选三维点面信息，得到所述可信三维点面信息：
1)所述多个三维光面；
2)摄像头A1采集的二维图像B1；
3)摄像头A2采集的二维图像B2；
……
N+1)摄像头AN采集的二维图像BN。
其中，摄像头A1，A2，…，AN是在相同时刻采集的上述二维图像B1，二维图像B2，…，二维图像BN。
下面以使用两个摄像头生成备选三维点面信息，使用另一个摄像机或者使用三维光面来校验备选三维点面信息并筛选出可信三维点面信息为例对本申请实施例进行描述和说明。
图3所示是根据本申请实施例的可信三维点面信息获取方法一的示意图。图3示出了线结构光投影器111、第一摄像头1121、第一二维图像11211、第二摄像头1122、第二二维图像11221。线结构光投影器111投射出三个光面PL1、PL2和PL3。第一摄像头和第二摄像头同时捕捉二维图像，第一摄像头和第二摄像头分别捕捉到第一二维图像和第二二维图像，O1、O2分别为第一摄像头和第二摄像头的光心，摄像头的内外参已知。
参考图3，本实施例中的可信三维点面信息获取方法一包括如下步骤：
步骤301，第一二维图像和第二二维图像中包含被扫描对象表面一部分的多条线结构光图案，线结构光图案在二维图像上以二维线条的形式呈现。如第一二维图像中二维线条SA1，Pai为二维线条SA1上一个二维点。第一摄像头的内参MA和第二摄像头的内参MB已知，第一摄像头相对于第二摄像头的外参RT已知，根据第一摄像头相对于第二摄像头的外参RT(其中R为旋转矩阵，T为平移向量)计算出本征矩阵E＝RS，其中，
Figure BDA0002531388790000101
再利用两个摄像头的内参MA和MB得到基础矩阵F＝(MA-1)TE(MB-1)，根据极线约束原理，满足(Xai，Yai，1)TF(x，y，1)＝0，其中，(Xai，Yai)为点Pai的位置坐标，(x，y)为第一二维图像上极线上点的二维坐标值；得出极线后(N1、N2为极点)，便可以求出其与第二二维图像上的所有二维线条的交点的集合{Pb1i，Pb2i，Pb3i}。
步骤302，第一二维图像上的二维点Pai与交点集合{Pb1i，Pb2i，Pb3i}中的每个点通过三角法原理计算出三维点，这些三维点即为该二维点Pai对应的所有可能的三维点面信息集合，即为备选三维点面信息集合Mi＝{P1i，P2i，P3i}。计算三维点坐标方法如下：第一摄像头所捕捉的第一二维图像成像在感光元件平面PF1上，第二摄像头所捕捉的第二二维图像成像在感光元件平面PF2上；二维线条SA1上的点Pai与第一摄像头的光心O1的空间连线为L1，第二二维图像上二维线条SB1上的点Pb1i与第二摄像头的光心O2的空间连线为L2，L1与L2相交于空间点P1i即为所求的Pai点对应的备选三维点之一；如果空间直线不相交，使用两条空间直线的公垂线与两条直线相交线段的中点来作为备选三维点；同样方法求得Pai点的三个备选三维点P1i、P2i和P3i。
步骤303，重复步骤301和步骤302，用同样方法计算得到第一二维图像上的二维线条SA1上的其他点所对应的备选三维点面信息集合。
步骤304，由于备选三维点面信息集合中的很多点并非属于真实三维点面信息集合，需要对其进行校验筛选。
在本实施例中，使用空间位置关系已标定的三维光面来校验备选三维点面信息集合。例如，在图像投影器所投的多个三维光面与摄像头三维位置标定已知的前提下，将三维光面和第一二维图像和第二二维图像获得的所有备选三维点面信息集合转换到一个坐标系下(可以是局部坐标系，也可以是全局坐标系)，第一二维图像上的二维线条SA1上的二维点集合{Pai|1≤i≤n}对应的所有备选三维点面信息集合为{{P1i|1≤i≤n}，{P2i|1≤i≤n}，{P3i|1≤i≤n}}，其中第二二维图像中的每一条二维线条对应一个子集合，如SB1对应{P1i|1≤i≤n}。分别统计备选三维点面信息集合中的每个子集合与三个光面之间位置关系。将子集合中的每个点到三个光面的距离之和作为筛选的判据：
Figure BDA0002531388790000111
其中D(PLk，Pji)为二维线条SBj所对应的备选三维点Pji到某个光面PLk的距离。筛选得到的最小Wm＝min(Wk|k＝1，2，3)，即判定Pji∈PLm，即光面PLm上的三维点面信息集合{Pmi|1≤i≤n}为第一二维图像上的二维线条SA1对应的可信三维点面信息集合，即光面PLm投射到被扫描对象表面的真实三维轮廓线在第一摄像头上成像为二维线条SA1，在第二摄像头上的成像为二维线条SBj。
试验表明，在采用两个摄像头并标定三维光面并采用上述的可信三维点面信息获取方法一，在三维光面数量增加到某个极限值(例如8条)的情况下，三维光面的误匹配可能性才增加。
为了能够适应更密集更多条的线结构光以提高扫描速度，并避免误匹配可能性，可以增加校验信息。例如在其中一些实施例中可以增加一个摄像头采集二维点面信息来进行额外的校验。其中，所述三维扫描仪包括N个摄像头A1，A2，…，AN，N≥3，所述多个三维光面以及所述N个摄像头中每个摄像头之间的空间位置关系均被预先标定；所述计算单元，用于根据以下信息1)至N+1)中的两项信息生成备选三维点面信息，并使用以下信息中除所述两项信息之外的信息校验所述备选三维点面信息，得到所述可信三维点面信息：
1)所述多个三维光面；
2)摄像头A1采集的二维图像B1；
3)摄像头A2采集的二维图像B2；
……
N+1)摄像头AN采集的二维图像BN。
其中，摄像头A1，A2，…，AN是在相同时刻采集的上述二维图像B1，二维图像B2，…，二维图像BN。
如图1b所示，三维扫描仪112包括三个摄像头，分别为第一摄像头1121、第二摄像头1122和第三摄像头1123。这三个摄像头中，第一摄像头1121和第二摄像头1122采用双目视觉原理，拍摄左右图像进行三维重建。第三摄像头1123用于校验，其作用为：与第一摄像头和第二摄像头同步拍摄得到第三二维图像，对备选三维点面信息集合进行数据校验，并进行筛选得到可信三维点面信息集合。其筛选过程包括：备选三维点面信息集合包括若干子集合，该子集合与第三相机的光心连线与第三相机拍摄的二维图像存在交点集合，以该交点集合到第三相机拍摄的二维图像上的二维线条的距离作为依据，筛选出距离最小值所对应的子集合，即为可信三维点面信息集合。
在本实施例中，三个摄像头在被扫描对象的表面投射有多条线结构光的情况下，同时采集被扫描对象的三个二维图像。三维点面信息生成子单元131则用于根据第一二维图像和第二二维图像以及预先标定的三个摄像头、线结构光投影器中的至少部分空间位置关系，生成备选三维点面信息；以及根据二维图像和预先标定的三个摄像头、线结构光投影器中的至少部分空间位置关系校验备选三维点面信息，得到可信三维点面信息。其中，三个二维图像包括第一摄像头1121、第二摄像头1122和第三摄像头1123分别采集的第一二维图像、第二二维图像和第三二维图像。
图4所示是根据本申请实施例的可信三维点面信息获取方法二的示意图。图4示出了线结构光投影器111、第一摄像头1121、第一二维图像11211、第二摄像头1122、第二二维图像11221、第三摄像头1123和第三三维图像11231。第一摄像头捕捉的二维图像为第一二维图像，第二摄像头捕捉的二维图像为第二二维图像，第三摄像头捕捉的二维图像为第三二维图像，第一摄像头所捕捉的第一二维图像成像在感光元件平面PF1上，第二摄像头所捕捉的第二二维图像421成像在感光元件平面PF2上，第三摄像头所捕捉的第三二维图像成像在感光元件平面PF3上，O1、O2、O3分别为第一摄像头、第二摄像头和第三摄像头的光心，摄像头的内外参已知。
参考图4，本实施例中的可信三维点面信息获取方法二包括如下步骤：
步骤401，获得第三二维图像上的二维线条集合为{SC1，SC2，SC3}，按照步骤302的方法计算第一二维图像上的二维线条SA1上的点Pai对应的三个备选三维点P1i、P2i和P3i分别与第三摄像头的光心O3连线，与其焦平面PF3(即第三二维图像)相交于Pc1i、Pc2i和Pc3i三点，显而易见，三点中只有一个是真实的三维点的成像，同样的，第一二维图像上的二维线条SA1上的二维点集合{Pai|1≤i≤n}对应的所有备选三维点面信息集合为{{P1i|1≤i≤n}，{P2i|1≤i≤n}，{P3i|1≤i≤n}}，其中每个子集与第二二维图像中的每一条二维线条相对应，如二维线条SB1对应子集{P1i|1≤i≤n}。
步骤402，分别将备选三维点面信息集合{{P1i|1≤i≤n}，{P2i|1≤i≤n}，{P3i|1≤i≤n}}的每个点与第三摄像头的光心O3连线，与感光元件PF3上第三二维图像的交点集合为{{Pc1i|1≤i≤n}，{Pc2i|1≤i≤n}，{Pc3i|1≤i≤n}}。分别统计交点集合中的每个子集合与第三二维图像上的三条二维线条{SC1，SC2，SC3}之间位置关系。将统计子集合中的每个点到某条二维线条SCk的距离的和作为筛选的判据：
Figure BDA0002531388790000131
第一二维图像上的二维线条SA1上的点集{Pai|1≤i≤n}根据极线约束原理计算出极线后(N3为极点)，极线与二维线条SBj的交点集合所对应的备选三维点为Pji与第三摄像头的光心O3连线相交于第三二维图像的点集为{Pcji|1≤i≤n}，点集{Pcji|1≤i≤n}到二维线条SCk的距离即为D(SCk，Pcji)。筛选得到最小的Wm＝min(Wk|k＝1，2，3)，即二维线条SCm为二维线条SA1对应的真实三维点面信息集合{Pmi|1≤i≤n}在第三二维图像上的成像，也即第一二维图像上的二维线条SA1和第二二维图像上的二维线条SBj，以及第三二维图像上的二维线条SCm为同一真实三维点面信息集合的成像投影。
在摄像头个数为三个且所有摄像头的内外参均已知时，如果多个三维光面的空间位置关系未被预先标定，在低密度结构光(小于8条结构光)的情形下，可以利用第三个摄像头进行数据校验，输出真实的三维点面信息集合。试验表明，在采用三个摄像头但不标定三维光面，采用上述的可信三维点面信息获取方法二，在三维光面数量增加到某个极限值(例如8条)的情况下，三维光面的误匹配可能性才增加。
在摄像头个数为三个以上且所有摄像头的内外参均已知时，可以利用至少两个摄像头进行数据校验，输出真实的三维点面信息集合；或者使用空间位置关系已标定的多个三维平面和至少一个摄像头进行数据校验，并且由于增加了用于数据校验的信息，试验表明，在密集结构光(大于8个三维光面)的情形下，也能够有效降低结构光的误匹配。因此，为了能够突破三维光面数量8条的极限，采用更密集的三维光面，从而进一步提高扫描效率，在本申请实施例中采用了三个摄像头且标定三维光面的方式来生成及校验三维点面信息。
在图3和图4中已经分别示出了采用已标定的三维光面或已标定的第三个摄像头采集的二维图像来校验三维点面信息。采用三维光面和至少一个摄像头采集的二维图像，或者至少两个摄像头采集的两个三维图像来校验三维点面信息的方式与图3和图4的校验过程大体类似，在此不再赘述。
相较于采用三个摄像头但不标定三维光面的方式而言，在对三维光面进行标定后，增加了标定的三维光面用于校验备选三维点面信息，因而提高了容错能力。试验表明，三维光面的数量进一步提升到更大的值(例如30个)，误匹配的可能性才开始增加。
另一方面来说，增加三维扫描仪的摄像头的数量可以进一步增加多方校验，降低连通区域的三维点面信息误匹配的可能性，但是摄像头数量越多也会导致三维扫描仪重量增加，图像分析时间增长，传输数据带宽增加，公共视野缩小，这些缺陷反而使得帧率降低，出点数量减少，降低效率，影响用户体验。实验表明，采用2-3个摄像头能够兼顾上述各方面的考量，提高扫描效率，并保证扫描精度。因此，在本申请实施例中优选采用三个摄像头并且标定三维光面的方式，并在三个摄像头采集的三个二维图像和已标定的三维光面这四个信息中任选两种生成备选三维点面信息，并使用这四个信息中其他两种来校验备选三维点面信息，得到可信三维点面信息。
在其中一些实施例中，三维扫描仪向被扫描对象的表面投射的三维光面的数量可以为大于或者等于2的任意数，例如可以为3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16或者17个，或者更多的三维光面。在本申请实施例中，对于三维光面数量在8个以下的情况下，可以只使用一种校验信息来校验备选三维点面信息；对于三维光面数量在大于或者等于8个的情况下，可以使用大于或者等于两种校验信息来校验备选三维点面信息。
在另一些实施例中，三维扫描仪11包括至少三个摄像头；三维扫描系统还包括控制器(图1a和图1b中未示出)。控制器与线结构光投影器111、三维扫描仪11的至少三个摄像头电性连接。控制器用于控制线结构光投影器投射的三维光面的个数，并在三维光面的个数少于预设阈值的情况下，控制至少三个摄像头中的至少一个摄像头不工作。上述的预设阈值可以为5、6、7、8或者9。
例如，在三维扫描仪11具有三个摄像头的情况下，通过三个摄像头以及标定三维光面，能够实现8个以上三维光面的三维扫描，大大提高扫描效率；而通过控制器控制线结构光投影器减少投射的三维光面的个数(例如减半投射三维光面的个数，且优选保持在被扫描对象表面形成的线结构光相互平行且间距相等)三个摄像头中的一个摄像头不工作之后，可以通过两个摄像头以及标定的结构光条，实现8个及以下数量的三维光面的三维扫描，同时降低功耗。
在上述实施例中，采用非接触式跟踪的方式定位三维扫描仪，无需在被扫描对象表面张贴标记点，避免了由于在被扫描对象的表面使用标记点引起的误差。上述实施例中，采用三相机进行三维点面信息的匹配和校验，同时提高了扫描效率，并保证扫描精度。
下面将对本实施例提供的三维扫描方法进行描述和说明。需要说明的是，在实施例描述的三维扫描方法虽然较优地用于本申请实施例提供的三维扫描系统中，但是将该三维扫描方法应用于其他的基于非接触式跟踪的三维扫描系统中也是可以被构想的。
图5是根据本申请实施例的三维扫描方法的流程图，如图5所示，该流程包括如下步骤：
步骤S501，预先标定多个三维光面、至少两个摄像头的空间位置关系。
步骤S502，三维扫描仪向被扫描对象的表面投射多个三维光面，在多个三维光面在被扫描对象的表面形成多条线结构光的情况下，使用三维扫描仪的至少两个摄像头同步采集被扫描对象的二维图像，得到至少两个同步二维图像。
步骤S503，跟踪器在三维扫描仪采集至少两个同步二维图像时同步跟踪三维扫描仪的位姿信息。
在本步骤中，三维扫描仪的位姿可以通过非接触式跟踪方式来跟踪。例如，在三维扫描仪的表面固定有至少三个目标特征，且这至少三个目标特征的空间位置关系是预先标定的。由跟踪器跟踪这至少三个目标特征，结合预先标定的至少三个目标特征的空间位置关系，就能够得到三维扫描仪的位姿信息，该位姿信息包括位置信息和姿态信息。
步骤S504，计算单元根据空间位置关系和至少两个同步二维图像，生成可信三维点面信息，并且根据可信三维点面信息和与可信三维点面信息对应的三维扫描仪的位姿信息，重建被扫描对象的三维模型。
其中，在三维扫描仪有效工作的摄像头的数量为2个的情况下可以参照图3所示的方法获得可信三维点面信息；在三维扫描仪有效工作的摄像头的数量为3个的情况下，可以参照图4所示的方法获得可信三维点面信息；可信三维点面信息的筛选方法在此不再赘述。由于上述至少两个二维图像是同时拍摄的，因此，在从备选三维点面信息中筛选可信三维点面信息的校验过程既可以在局部坐标系(例如三维扫描仪的坐标系)下进行，也可以在全局坐标系(跟踪器的坐标系)下进行。
在本步骤中，在获得可信三维点面信息和三维扫描仪的位姿后，计算单元可以根据相关技术中已知的三维模型重建方法就能够重建得到被扫描对象的三维模型。
以三维扫描仪具有三个摄像头和线结构光投影器为例。图6是根据本申请优选实施例的三维扫描方法的流程图，如图6所示，该流程包括如下步骤：
步骤S601，标定线结构光投影器和三个摄像头的相对空间位置关系。
步骤S602，线结构光投影器投射向被扫描对象投射多个三维光面，使得多个三维光面在被扫描对象表面形成多条平行的线结构光。
步骤S603，三个摄像机同步拍摄二维图像，其中至少部分二维线条集合被提取，得到备选三维点面信息集合，并通过另外的至少一个摄像头和/或已标定的线结构光投影器筛选该备选三维点面信息集合，得到可信三维点面信息集合。
在其中一些实施例中，经过步骤S601的标定后，其线结构光投影器投影的线结构光和三个相机的相对位置已知，据此可以确定一个四元组(Ip，I1，I2，I3)，其中：Ip为线结构光投影器投射的三维光面的编号，I1为第一摄像头采集的二维图像中三维光面的编号，I2为第二摄像头采集的二维图像中三维光面的编号，I3为第三摄像头采集的二维图像中三维光面的编号。图7示出了根据第一摄像头和第二摄像头采集的第一二维图像和第二二维图像生成备选三维点面信息，并用第三摄像头采集的第三二维图像中的三维光面的编号以及线结构光投影器的三维光面的编号进行校验的示意图；图8示出了根据第一摄像头采集的第一二维图像和线结构光投影器的三维光面的编号生成备选三维点面信息，并用第二摄像头和第三摄像头采集的第二二维图像和第三二维图像进行校验的示意图。在生成及校验备选三维点面信息时，可以选择上述四元组中的任意两元进行组合，生成备选点集合，余下的另外两元用于校验上述组合，筛选出匹配误差最小的组合，即得到可信三维点面信息集合。
步骤S604，跟踪器在摄像机拍摄二维图像的同时，同步捕捉三维扫描仪上的至少三个目标特征，得到三维扫描仪的相机拍摄得到的二维图像的坐标信息，以及重建得到的三维点面信息，再过计算单元计算获得跟踪器到三维扫描仪的摄像头的坐标系之间的转换矩阵，进而将三维扫描仪的摄像头获得的点面信息统一到跟踪器的坐标系下。
在其中一些实施例中，在步骤S601中可以通过标定多个三维光面来代替对线结构光投影器空间位置的标定。
需要说明的是，在上述流程中或者附图的流程图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
另外，结合图5描述的本申请实施例三维扫描方法可以由计算机设备来实现。图9为根据本申请实施例的计算机设备的硬件结构示意图。
计算机设备可以包括处理器91以及存储有计算机程序指令的存储器92。
具体地，上述处理器91可以包括中央处理器(CPU)，或者特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称为ASIC)，或者可以被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。
其中，存储器92可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器92可包括硬盘驱动器(Hard Disk Drive，简称为HDD)、软盘驱动器、固态驱动器(SolidState Drive，简称为SSD)、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(Universal SerialBus，简称为USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器92可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器92可在数据处理装置的内部或外部。在特定实施例中，存储器92是非易失性(Non-Volatile)存储器。在特定实施例中，存储器92包括只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(Programmable Read-Only Memory，简称为PROM)、可擦除PROM(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称为EPROM)、电可擦除PROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称为EEPROM)、电可改写ROM(Electrically Alterable Read-Only Memory，简称为EAROM)或闪存(FLASH)或者两个或更多个以上这些的组合。存储器92可以用来存储或者缓存需要处理和/或通信使用的各种数据文件，以及处理器92所执行的可能的程序指令。
处理器91通过读取并执行存储器92中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种三维扫描方法。
在其中一些实施例中，计算机设备还可包括通信接口93和总线90。其中，如图9所示，处理器91、存储器92、通信接口93通过总线90连接并完成相互间的通信。
通信接口93用于实现本申请实施例中各模块、装置、单元和/或设备之间的通信。通信接口93还可以实现与其他部件例如：外接设备、图像采集设备、数据库、外部存储以及图像处理工作站等之间进行数据通信。
总线90包括硬件、软件或两者，将计算机设备的部件彼此耦接在一起。总线90包括但不限于以下至少之一：数据总线(Data Bus)、地址总线(Address Bus)、控制总线(Control Bus)、扩展总线(Expansion Bus)、局部总线(Local Bus)。举例来说而非限制，总线90可包括图形加速接口(Accelerated Graphics Port，简称为AGP)或其他图形总线、增强工业标准架构(Extended Industry Standard Architecture，简称为EISA)总线、前端总线(Front Side Bus，简称为FSB)、超传输(Hyper Transport，简称为HT)互连、工业标准架构(Industry Standard Architecture，简称为ISA)总线、无线带宽(InfiniBand)互连、低引脚数(Low Pin Count，简称为LPC)总线、存储器总线、微信道架构(Micro ChannelArchitecture，简称为MCA)总线、外围组件互连(Peripheral Component Interconnect，简称为PCI)总线、PCI-Express(PCI-X)总线、串行高级技术附件(Serial AdvancedTechnology Attachment，简称为SATA)总线、视频电子标准协会局部(Video ElectronicsStandards Association Local Bus，简称为VLB)总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线90可包括一个或多个总线。尽管本申请实施例描述和示出了特定的总线，但本申请考虑任何合适的总线或互连。
另外，结合上述实施例中的三维扫描方法，本申请实施例可提供一种计算机可读存储介质来实现。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种三维扫描方法。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种三维扫描系统，其特征在于，包括：三维扫描仪、跟踪器和计算单元；所述三维扫描仪和所述跟踪器分别与所述计算单元电性连接；其中，
所述三维扫描仪包括线结构光投影器和至少两个摄像头；其中，所述线结构光投影器，用于向被扫描对象的表面投射多个三维光面，所述多个三维光面在所述被扫描对象的表面形成多条线结构光；所述多个三维光面、所述至少两个摄像头的空间位置关系均被预先标定；所述至少两个摄像头，用于在所述被扫描对象的表面形成有所述多条线结构光的情况下，同步采集所述被扫描对象的二维图像，得到至少两个同步二维图像；
所述跟踪器，用于在所述三维扫描仪采集所述至少两个同步二维图像时同步跟踪所述三维扫描仪的位姿信息；
所述计算单元，用于根据所述空间位置关系和所述至少两个同步二维图像，生成可信三维点面信息，并且根据所述可信三维点面信息和与所述可信三维点面信息对应的三维扫描仪的位姿信息，重建所述被扫描对象的三维模型。
2.根据权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，所述三维扫描仪包括N个摄像头A1，A2，…，AN，N≥2，其中，所述多个三维光面以及所述N个摄像头中每个摄像头之间的空间位置关系均被预先标定；所述计算单元，用于根据以下信息中的至少两项信息生成备选三维点面信息，并使用以下信息中除所述至少两项信息之外的信息校验所述备选三维点面信息，得到所述可信三维点面信息：所述多个三维光面；摄像头A1，A2，…，AN同步采集的二维图像B1，二维图像B2，…，二维图像BN。
3.根据权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，所述三维扫描仪包括N个摄像头A1，A2，…，AN，N≥3，其中，所述多个三维光面以及所述N个摄像头中每个摄像头之间的空间位置关系均被预先标定；所述计算单元，用于根据以下信息中的两项信息生成备选三维点面信息，并使用以下信息中除所述两项信息之外的信息校验所述备选三维点面信息，得到所述可信三维点面信息：所述多个三维光面；摄像头A1，A2，…，AN同步采集的二维图像B1，二维图像B2，…，二维图像BN。
4.根据权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，所述三维扫描系统还包括：时钟同步单元，所述时钟同步单元分别与所述三维扫描仪和所述跟踪器电性连接；所述时钟同步单元用于提供时钟同步信号；其中，所述线结构光投影器、所述三维扫描仪的至少两个摄像头以及所述跟踪器根据所述时钟同步信号同步工作。
5.一种权利要求1至4中任一项所述的三维扫描系统的三维扫描方法，其特征在于，所述三维扫描方法包括：
所述三维扫描仪向所述被扫描对象的表面投射多个三维光面，在所述多个三维光面在所述被扫描对象的表面形成多条线结构光的情况下，使用所述三维扫描仪的至少两个摄像头同步采集所述被扫描对象的二维图像，得到所述至少两个同步二维图像；其中，所述多个三维光面、所述至少两个摄像头的空间位置关系均被预先标定；
所述跟踪器在所述三维扫描仪采集所述至少两个同步二维图像时同步跟踪所述三维扫描仪的位姿信息；
所述计算单元根据所述空间位置关系和所述至少两个同步二维图像，生成可信三维点面信息，并且根据所述可信三维点面信息和与所述可信三维点面信息对应的三维扫描仪的位姿信息，重建所述被扫描对象的三维模型。
6.根据权利要求5所述的三维扫描方法，其特征在于，所述三维扫描仪包括N个摄像头A1，A2，…，AN，N≥2，其中，所述多个三维光面以及所述N个摄像头中每个摄像头之间的空间位置关系均被预先标定；所述计算单元根据所述空间位置关系和所述至少两个同步二维图像，生成可信三维点面信息包括：
所述计算单元根据以下信息中的至少两项信息生成备选三维点面信息，并使用以下信息中除所述至少两项信息之外的信息校验所述备选三维点面信息，得到所述可信三维点面信息：所述多个三维光面；摄像头A1，A2，…，AN同步采集的二维图像B1，二维图像B2，…，二维图像BN。
7.根据权利要求5所述的三维扫描方法，其特征在于，所述三维扫描仪包括N个摄像头A1，A2，…，AN，N≥3，其中，所述多个三维光面以及所述N个摄像头中每个摄像头之间的空间位置关系均被预先标定；所述计算单元根据所述空间位置关系和所述至少两个同步二维图像，生成可信三维点面信息包括：
所述计算单元根据以下信息中的两项信息生成备选三维点面信息，并使用以下信息中除所述两项信息之外的信息校验所述备选三维点面信息，得到所述可信三维点面信息：所述多个三维光面；摄像头A1，A2，…，AN同步采集的二维图像B1，二维图像B2，…，二维图像BN。
8.根据权利要求6或7所述的三维扫描方法，其特征在于，所述计算单元根据由所述N个摄像头中的两个摄像头采集到的两个同步二维图像生成备选三维点面信息，并使用所述多个三维光面和除所述两个同步二维图像以外的其他二维图像校验所述备选三维点面信息，得到所述可信三维点面信息包括：
所述计算单元选取在相同时刻由所述N个摄像头中的两个摄像头采集到的两个同步二维图像，并根据所述两个同步二维图像按照三角法原理和极线约束原理生成所述备选三维点面信息；
所述计算单元根据所述三维光面与所述两个摄像头的空间位置关系，使用所述多个三维光面校验所述备选三维点面信息，以及根据其他摄像头与所述两个摄像头的空间位置关系，使用在所述相同时刻由所述其他摄像头采集到的同步二维图像校验所述备选三维点面信息，得到所述可信三维点面信息。
9.根据权利要求7所述的三维扫描方法，其特征在于，所述三维扫描仪向所述被扫描对象的表面投射的三维光面的数量大于或等于8个。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求5至9中任一项所述的三维扫描方法。
CN202010519360.8A 2020-06-09 2020-06-09 三维扫描方法、三维扫描系统和计算机可读存储介质 Active CN111678459B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010519360.8A CN111678459B (zh) 2020-06-09 2020-06-09 三维扫描方法、三维扫描系统和计算机可读存储介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010519360.8A CN111678459B (zh) 2020-06-09 2020-06-09 三维扫描方法、三维扫描系统和计算机可读存储介质

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111678459A true CN111678459A (zh) 2020-09-18
CN111678459B CN111678459B (zh) 2021-10-08

Family

ID=72455056

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010519360.8A Active CN111678459B (zh) 2020-06-09 2020-06-09 三维扫描方法、三维扫描系统和计算机可读存储介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111678459B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112867136A (zh) * 2020-12-31 2021-05-28 杭州思锐迪科技有限公司 基于无线对等网络的三维扫描系统和三维扫描方法
CN112964196A (zh) * 2021-02-05 2021-06-15 杭州思锐迪科技有限公司 三维扫描方法、系统、电子装置和计算机设备
CN113225447A (zh) * 2021-04-14 2021-08-06 杭州思看科技有限公司 三维扫描系统、数据处理方法、装置和计算机设备
CN115289974A (zh) * 2022-10-09 2022-11-04 思看科技(杭州)股份有限公司 孔位测量方法、装置、计算机设备和存储介质
CN115511688A (zh) * 2022-11-04 2022-12-23 思看科技(杭州)股份有限公司 数据处理设备和三维扫描系统
CN115909413A (zh) * 2022-12-22 2023-04-04 北京百度网讯科技有限公司 用于控制虚拟形象的方法、装置、设备及介质
CN116416250A (zh) * 2023-06-12 2023-07-11 山东每日好农业发展有限公司 一种速食罐装产品产线的成品检测系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104976968A (zh) * 2015-06-16 2015-10-14 江苏科技大学 一种基于led标签跟踪的三维几何测量方法及系统
CN106403845A (zh) * 2016-09-14 2017-02-15 杭州思看科技有限公司 三维传感器系统及三维数据获取方法
CN105157604B (zh) * 2015-08-07 2017-07-11 天津大学 外场多束线结构光视觉测量系统的快速标定方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104976968A (zh) * 2015-06-16 2015-10-14 江苏科技大学 一种基于led标签跟踪的三维几何测量方法及系统
CN105157604B (zh) * 2015-08-07 2017-07-11 天津大学 外场多束线结构光视觉测量系统的快速标定方法
CN106403845A (zh) * 2016-09-14 2017-02-15 杭州思看科技有限公司 三维传感器系统及三维数据获取方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112867136A (zh) * 2020-12-31 2021-05-28 杭州思锐迪科技有限公司 基于无线对等网络的三维扫描系统和三维扫描方法
CN112964196A (zh) * 2021-02-05 2021-06-15 杭州思锐迪科技有限公司 三维扫描方法、系统、电子装置和计算机设备
CN113225447A (zh) * 2021-04-14 2021-08-06 杭州思看科技有限公司 三维扫描系统、数据处理方法、装置和计算机设备
CN113225447B (zh) * 2021-04-14 2024-03-26 思看科技(杭州)股份有限公司 三维扫描系统、数据处理方法、装置和计算机设备
CN115289974A (zh) * 2022-10-09 2022-11-04 思看科技(杭州)股份有限公司 孔位测量方法、装置、计算机设备和存储介质
CN115511688A (zh) * 2022-11-04 2022-12-23 思看科技(杭州)股份有限公司 数据处理设备和三维扫描系统
CN115909413A (zh) * 2022-12-22 2023-04-04 北京百度网讯科技有限公司 用于控制虚拟形象的方法、装置、设备及介质
CN115909413B (zh) * 2022-12-22 2023-10-27 北京百度网讯科技有限公司 用于控制虚拟形象的方法、装置、设备及介质
CN116416250A (zh) * 2023-06-12 2023-07-11 山东每日好农业发展有限公司 一种速食罐装产品产线的成品检测系统
CN116416250B (zh) * 2023-06-12 2023-09-05 山东每日好农业发展有限公司 一种速食罐装产品产线的成品检测系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN111678459B (zh) 2021-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111678459B (zh) 三维扫描方法、三维扫描系统和计算机可读存储介质
KR102096806B1 (ko) 3차원 센서 시스템 및 3차원 데이터 획득방법
KR101364874B1 (ko) 제 1 이미징 장치 및 제 2 이미징 장치의 상대적인 위치 및 상대적인 방향을 결정하기 위한 방법 및 관련 장치
US8659660B2 (en) Calibration apparatus and calibration method
JP5999615B2 (ja) カメラ較正情報生成装置、カメラ較正情報生成方法およびカメラ較正情報生成プログラム
US8447099B2 (en) Forming 3D models using two images
JP6041513B2 (ja) 画像処理装置、画像処理方法及びプログラム
CN101821580A (zh) 用于实物形状的三维测量的系统和方法
US20210044787A1 (en) Three-dimensional reconstruction method, three-dimensional reconstruction device, and computer
Sturm et al. How to compute the pose of an object without a direct view?
CN111566437A (zh) 三维测量系统以及三维测量方法
JP6515039B2 (ja) 連続的な撮影画像に映り込む平面物体の法線ベクトルを算出するプログラム、装置及び方法
US20240087269A1 (en) Three-dimensional measurement device
JPWO2013005244A1 (ja) ３次元相対座標計測装置およびその方法
JP2013036831A (ja) キャリブレーション装置及び歪み誤差算出方法
CN114080627A (zh) 三维模型生成方法及三维模型生成装置
JP2532985B2 (ja) ３次元画像評価装置
US20110273443A1 (en) System and a method for three-dimensional modeling of a three-dimensional scene features
CN113643328B (zh) 标定物的重建方法、装置、电子设备及计算机可读介质
Banerjee et al. A low-cost portable 3d laser scanning system with aptness from acquisition to visualization
Xu et al. Image rectification for single camera stereo system
WO2023109960A1 (zh) 三维扫描的处理方法、装置和三维扫描设备
JP6071142B2 (ja) 画像変換装置
CN116246038B (zh) 一种多视影像三维线段重建方法、系统、电子设备及介质
JP7165375B1 (ja) 算出装置、算出システム、算出方法、算出プログラム

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP03 Change of name, title or address
CP03 Change of name, title or address

Address after: Room 102, Unit 1, Building 12, No. 998, Wenyi West Road, Wuchang Street, Yuhang District, Hangzhou City, Zhejiang Province, 311121

Patentee after: Sikan Technology (Hangzhou) Co.,Ltd.

Address before: Room 101, building 12, No. 998, Wenyi West Road, Wuchang Street, Yuhang District, Hangzhou City, Zhejiang Province

Patentee before: HANGZHOU SCANTECH Co.

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20200918

Assignee: Hangzhou silidi Technology Co.,Ltd.

Assignor: Sikan Technology (Hangzhou) Co.,Ltd.

Contract record no.: X2022330000832

Denomination of invention: 3D scanning method, 3D scanning system and computer readable storage medium

Granted publication date: 20211008

License type: Common License

Record date: 20221223