CN113188476A - 三维扫描系统和三维扫描方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种三维扫描系统和三维扫描方法，通过图像采集器获取目标物体的扫描数据，以获得目标物体在扫描装置坐标系下的表面数据，利用全局定位装置捕捉定位辅助件上设置的多个第一标识符，实现对扫描装置的定位，利用数据处理装置接收并处理扫描装置和全局定位装置的数据，从而将扫描装置坐标系下的三维数据，统一到全局定位装置所处的全局坐标系，弥补了扫描装置获取到的点云坐标缺乏全局信息的缺点，能够完成对目标物体的表面数据的全局重建。

Description

三维扫描系统和三维扫描方法

技术领域

本申请涉及三维扫描技术领域，特别是涉及一种三维扫描系统和三维扫描方法。

背景技术

扫描仪常用于获取被测物体的三维轮廓以及重建物体点云数据，但由于扫描区域的复杂性，对于复杂空间，例如内壁空间狭小的工件或者存在遮挡的扫描区域，扫描仪的对目标物体表面数据的重建往往受到限制，比如当扫描头体积较大而无法获取到目标物体内壁的表面数据从而无法进行重建，或者使用体积较小的位移传感器扫描内壁时，无法将获取到的多帧点云转换到统一的全局坐标系下，从而无法重建全局坐标系下的被测物体的表面点云数据。

针对目前三维扫描过程中存在的无法重建复杂空间内目标物体的表面数据的问题，尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请实施例提供了一种三维扫描系统和三维扫描方法，以解决三维扫描相关技术中，对复杂工件内部空间以及狭小空间中由于遮挡等原因造成的扫描困难问题。第一方面，本申请实施例提供了一种三维扫描系统，所述三维扫描系统包括扫描装置、全局定位装置以及数据处理装置，所述扫描装置包括定位辅助件和图像采集器；

所述图像采集器用于向目标物体投射结构光图像，并基于所述结构光图像对所述目标物体进行成像捕捉，以获取所述目标物体的扫描数据；

所述定位辅助件上设置有多个第一标识符，所述定位辅助件与所述图像采集器相连，且所述定位辅助件与所述图像采集器之间的距离不小于预设阈值；

所述全局定位装置利用所述定位辅助件上的多个第一标识符，对所述扫描装置进行定位；

所述数据处理装置用于接收并处理所述扫描装置和所述全局定位装置获取的数据。

在其中一些实施例中，所述扫描装置中还固定安装有第一反射装置，所述图像采集器通过所述第一反射装置向所述目标物体投射结构光图像，并拍摄所述目标物体在所述第一反射装置中带有结构光图像的成像。

在其中一些实施例中，所述三维扫描系统还包括与所述扫描装置分离设置的第二反射装置，所述第二反射装置中设置有平面镜，所述平面镜上设有第二标识符；

所述图像采集器通过所述平面镜，向所述目标物体投射结构光图像，通过所述平面镜拍摄所述目标物体带有结构光图像的成像，所述全局定位装置获取所述平面镜上的第二标识符，所述数据处理装置用于接收并处理所述目标物体带有结构光图像的成像及所述第二标识符，得到所述目标物体的扫描数据。

在其中一些实施例中，所述图像采集器为激光位移传感器，所述激光位移传感器包括第一激光投射模块和第一拍摄模块，所述第一激光投射模块用于向所述目标物体投射结构光图像，所述第一拍摄模块用于获取所述目标物体带有结构光图像的成像。

在其中一些实施例中，所述图像采集器为激光扫描仪，所述激光扫描仪包括第二激光投射模块和第二拍摄模块，所述第二激光投射模块用于向所述目标物体投射结构光图像，所述第二拍摄模块用于获取所述目标物体带有结构光图像的成像。

在其中一些实施例中，所述定位辅助件与所述图像采集器之间的距离可调节。

在其中一些实施例中，所述三维扫描系统用于深入工件内部进行扫描。

第二方面，本申请实施例提供了一种三维扫描方法，用于上述第一方面的三维扫描系统，所述方法包括：

通过图像采集器对目标物体进行基于结构光图像的成像捕捉，得到所述目标物体在图像采集器坐标系下的三维数据；

通过数据处理装置接收所述图像采集器与扫描装置之间的第一位置关系，并根据所述第一位置关系，将所述图像采集器坐标系下的三维数据转化到所述扫描装置坐标系下；

通过所述数据处理装置接收所述扫描装置与所述全局定位装置之间的第二位置关系，并根据所述第二位置关系，将所述扫描装置坐标系下的三维数据，统一到所述全局定位装置所处的全局坐标系下。

在其中一些实施例中，当使用与扫描装置分离设置的第二反射装置时，所述通过图像采集器对目标物体进行基于结构光图像的成像捕捉，得到所述目标物体在图像采集器坐标系下的三维数据，包括：

控制所述图像采集器，经所述第二反射装置对所述目标物体投射结构光图像，并基于所述第二反射装置进行反射区域的成像捕捉，获得所述目标物体在所述图像采集器坐标系下，所述反射区域的成像三维数据；

通过所述数据处理装置计算所述第二反射装置的平面方程；

通过所述数据处理装置，根据所述成像三维数据和所述平面方程，计算得到所述目标物体在所述图像采集器坐标系下的三维数据。

在其中一些实施例中，所述通过所述数据处理装置接收所述扫描装置与所述全局定位装置之间的第二位置关系，并根据所述第二位置关系，将所述扫描装置坐标系下的三维数据，统一到所述全局定位装置所处的全局坐标系下，包括：

通过所述全局定位装置捕捉所述扫描装置中，定位辅助件上的第一标识符，并将所述第一标识符的信息传输至所述数据处理装置；

通过所述数据处理装置根据所述第一标识符，计算所述扫描装置和所述全局定位装置之间的第二位置关系。

上述三维扫描系统和三维扫描方法，通过图像采集器获取目标物体的扫描数据，以获得目标物体在扫描装置坐标系下的表面数据，利用全局定位装置捕捉定位辅助件上设置的多个第一标识符，实现对扫描装置的定位，利用数据处理装置接收并处理扫描装置和全局定位装置的数据，从而将扫描装置坐标系下的三维数据，统一到全局定位装置所处的全局坐标系，弥补了扫描装置获取到的点云坐标缺乏全局信息的缺点，能够完成对目标物体的表面数据的全局重建。

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

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的三维扫描系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的三维扫描方法的应用环境图一；

图3是根据本发明实施例的三维扫描方法的应用环境图二；

图4是根据本发明实施例的三维扫描方法的应用环境图三；

图5是根据本发明实施例的三维扫描方法的流程图。

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。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，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指大于或者等于两个。“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。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。

本实施例提供了一种三维扫描系统10，如图1所示，包括扫描装置12、全局定位装置14以及数据处理装置16，该扫描装置12包括定位辅助件121和图像采集器122；

图像采集器122用于向目标物体投射结构光图像，并基于结构光图像对目标物体进行成像捕捉，以获取目标物体的扫描数据；

定位辅助件121上设置有多个第一标识符，定位辅助件与图像采集器相连，且定位辅助件121与图像采集器122之间的距离不小于预设阈值；

全局定位装置14利用定位辅助件121上的多个第一标识符，对扫描装置12进行定位；

数据处理装置16用于接收并处理扫描装置12和全局定位装置14获取的数据。

具体地，图像采集器122通过向目标物体的表面投射结构光图像，再拍摄该目标物体带有结构光图像的表面图像，以获得该目标物体在图像采集器122坐标系下的三维信息，其中该三维信息具体可以为三维点云。图像采集器122所投射的结构光图像，可以为激光光条，通过向目标物体表面投射激光光条，以捕捉目标物体基于激光光条的成像，再根据提取的激光光条的亚像素坐标和激光光平面方程，求解出目标物体在该图像采集器122坐标系下的三维点云，且可以选择小型体积的激光位移传感器作为图像采集器，完成对结构复杂的扫描区域的扫描。

一方面，对于空间相对扫描装置12狭窄的扫描区域，比如工件的狭窄内壁，小型体积的图像采集器122能够深入空间内部投射结构光光条，并进行目标物体的成像捕捉；另一方面，对于结构复杂、存在遮挡的扫描区域，可以通过引入辅助的反射装置，并调整图像采集器122和反射装置之间的位置关系，比如角度和距离，来完成图像采集器扫描盲区的三维数据的获取。

因此，使用上述图像采集器122来获取目标物体的扫描数据，能够克服复杂区域，如空间狭小或存在遮挡的扫描区域所造成的无法获取表面数据的问题。

另外地，扫描装置12还包括定位辅助件121，该定位辅助件121为一种带有多个第一标识符的装置，比如表面固定有多个标记点的装置，或者固定于标记点框架内的装置。

进一步地，该定位辅助件121与图像采集器122之间的位置关系相对固定，随着图像采集器122在扫描过程中的移动而发生位移，且该定位辅助件121与图像采集器122之间存在一定距离，例如，定位辅助件121与图像采集器122之间可以通过连杆，保持预设阈值的距离相连。因此该定位辅助件121不必深入结构狭小或者结构复杂的扫描区域中，以便于被三维扫描系统中的全局定位装置14所捕捉，从而确定该扫描装置12相对全局定位装置14的位姿。其中，定位辅助件121与图像采集器122之间距离的预设阈值，是指能实现图像采集器122对目标物体进行测量的最小距离。另外，在扫描装置12的有效扫描范围内，需要满足多个第一标识符被全局定位装置14观测到，且最终至少有四个成像质量较好且满足精度要求的第一标识符被用作对扫描装置12位姿的计算。

另外地，全局定位装置14通过捕捉定位辅助件121上的多个第一标识符，例如，通过观察定位辅助件121上的标记点，来计算该扫描装置12相对全局定位装置14的位姿，从而实现对该扫描装置12的定位，以将该扫描装置12中所获取的目标物体的扫描数据，从该扫描装置12的局部坐标系下，转换到该全局定位装置14所处的全局坐标系下，以获得该目标物体在全局坐标系下完整的表面数据。

其中，全局定位装置14的可以由摄像机模块及其他支撑模块组成，其中摄像机模块可以由双目相机、单目相机以及三目相机组成。

另外地，该三维扫描系统10还包括数据处理装置16，用于接收并处理三维扫描系统的数据，并将处理后的数据发送给其他终端进行存储或者显示，具体地，数据处理装置16通过接收图像采集器122和全局定位装置14所获取的数据，将扫描数据转换到全局坐标系下，从而完成对三维扫描系统中，对目标物体在全局坐标系下三维数据的重建。

上述三维扫描系统10，通过图像采集器122获取目标物体的扫描数据，以获得目标物体在扫描装置12坐标系下的表面数据，利用全局定位装置14捕捉定位辅助件121上设置的多个第一标识符，实现对扫描装置12的定位，利用数据处理装置16接收并处理扫描装置12和全局定位装置14的数据，从而将扫描装置12坐标系下的三维数据，统一到全局定位装置14所处的全局坐标系，弥补了扫描装置12获取到的点云坐标缺乏全局信息的缺点，能够完成对目标物体的表面数据的全局重建。

进一步地，在一个实施例中，扫描装置12中还固定安装有第一反射装置，图像采集器通过第一反射装置向目标物体投射结构光图像，并拍摄目标物体在第一反射装置中带有结构光图像的成像。

其中，该第一反射装置具体可以为表面光滑的反射平面，例如能够固定于扫描装置12中，与图像采集器122和定位辅助件121均保持相对固定的位置关系的平面镜，该第一反射装置能够辅助图像采集器122，改变投射结构光的光路，以达到向图像采集器122的扫描范围之外的目标物体反射结构光图像的目的，并将该目标物体表面带有结构光图像的成像反射回图像采集器122，从而实现图像采集器122对于具有狭小空间的扫描区域的扫描数据的获取。

另外地，在一个实施例中，三维扫描系统10还包括与扫描装置12分离设置的第二反射装置，第二反装置中设置有平面镜，平面镜上设有第二标识符；

图像采集器122通过平面镜，向目标物体投射结构光图像，通过平面镜拍摄目标物体带有结构光图像的成像，全局定位装置14获取平面镜上的第二标识符，数据处理装置用于接收并处理目标物体带有结构光图像的成像及第二标识符，得到目标物体的扫描数据。

其中，该第二反射装置可以为独立于扫描装置12设置的，相对于该扫描装置12不固定的反射平台，其上安装有平面镜，扫描装置12通过获取在目标物体在该平面镜上的成像数据，并根据该平面镜的平面方程，获得目标物体在扫描装置12坐标系下的实际数据。

具体地，可以在该平面镜上设置至少4个第二标识符，例如在平面镜上设置至少4个环状编码点，通过全局定位装置14对该至少4个环状编码点进行观测，实现对第二反射装置也即平面镜的定位，并进一步解算出该平面镜在全局定位装置14所处的全局坐标系下的平面方程。

该第二反射装置，通过与扫描装置12分离设置，并为扫描装置12提供目标物体，基于结构光图像的成像，从而实现扫描装置12在结构复杂、存在遮挡的扫描区域中的扫描，克服扫描装置12中图像采集器122的扫描范围的局限性。

其中，在一个实施例中，图像采集器122为激光位移传感器，激光位移传感器包括第一激光投射模块和第一拍摄模块，第一激光投射模块用于向目标物体投射结构光图像，第一拍摄模块用于获取目标物体带有结构光图像的成像。

另外地，在一个实施例中，图像采集器122为激光扫描仪，激光扫描仪包括第二激光投射模块和第二拍摄模块，第二激光投射模块用于向目标物体投射结构光图像，第二拍摄模块用于获取目标物体带有结构光图像的成像。

更进一步地，图像采集器122可以与第一反射装置进行组合，实现对目标物体的扫描，以激光位移传感器为例，该激光位移传感器中的第一激光投射模块向该第一反射装置投射激光光条，该第一反射装置以某种角度将该激光光条反射到目标物体上，该激光位移传感器中的第一拍摄模块，通过该第一反射装置所反射的目标物体带有激光光条的表面图像，获取该目标物体的扫描数据。

可以理解地，图像采集器122作为一种包含有结构光投射功能以及拍摄功能的扫描设备，其具体的设备类型和数量并不在实施例中作限定，可以由三维扫描系统10根据实际扫描情况而进行选择，且上述的激光位移传感器和激光扫描仪仅为图像采集器122的两种实施例，并不用于限定该图像采集器122的类型。

另外地，在一个实施例中，定位辅助件121与图像采集器122之间的距离可调节。

其中，通过调节该定位辅助件121与图像采集器122之间的距离，能够适应不同结构的目标物体的扫描，例如，当目标物体为内壁狭窄的工件时，为了重建该工件的内壁的三维数据，可以通过增加该定位辅助件121与图像采集器122之间的距离，以使该图像采集器122能够深入该工件的内壁空间进行扫描，同时该定位辅助件121上的第一识别符能够被全局定位装置14捕捉，从而实现图像采集器122对于目标物体的扫描数据的获取。

具体地，三维扫描系统10用于深入工件内部进行扫描。

上述三维扫描系统10，通过固定安装于扫描装置12中的第一反射装置，实现扫描装置12对于狭窄空间的扫描区域的扫描，并使用与扫描装置12分离设置的第二反射装置，在第二反射装置的平面镜上设置第二标识符，为扫描装置12提供基于第二反射装置的成像数据，并基于该第二标识符，得到处于结构复杂的扫描区域中的目标物体在扫描装置12中实际的扫描数据，另外地，当图像采集器为激光位移传感器时，通过第一激光投射模块向目标物体投射结构光图像，通过第一拍摄模块获取该目标物体带有结构光图像的成像，且定位辅助件121与图像采集器122之间的距离可调节，以适应不同结构的扫描区域，并将扫描装置12坐标系下的三维数据，统一到全局定位装置14所处的全局坐标系，弥补了扫描装置12获取到的点云坐标缺乏全局信息的缺点，能够完成对目标物体的表面数据的全局重建。

图2为本申请提供的一实施例中三维扫描方法的应用环境图一。如图2所示，在该应用环境中，扫描装置包括图像采集器101和定位辅助件102两部分，其中定位辅助件102可以为带有标记点的框架结构，图像采集器101可以为测量点云的装置，如激光位移传感器等，用于获取被测物体104上的三维数据。其中，定位辅助件102和图像采集器101之间相对固定并保持一定的连接距离，需要说明的是，定位辅助件102与图像采集器101之间的连接距离，为可伸缩变换的距离，当扫描装置按照设置好的连接距离进行扫描时，定位辅助件102与图像采集器101之间保持固定。图像采集器101可以向被测物体104投射如图1中实线箭头所示的激光光条，并拍摄如图1中虚线箭头所示的图像数据，来采集被测物体的三维数据。全局定位装置103固定安装，用于对定位辅助件102上的标记点进行捕获，并由此计算扫描装置在全局坐标系下的位姿，其中，全局定位装置103可以包含双目或多目相机。

图3为本申请提供的一实施例中数据处理方法的应用环境图二，如图3所示，在该应用环境中，扫描装置包括图像采集器201、定位辅助件202和反射镜205，其中反射镜205固定安装在扫描装置中，图像采集器201、定位辅助件202以及反射镜205之间刚体连接，并且在扫描装置的扫描过程中保持相对固定。图像采集器201通过反射镜205向被测物体204表面投射如图中实线箭头所示的激光光条，并获取被测物体204表面带有激光光条的数据。全局定位装置203固定安装，用于对定位辅助件202上的标记点进行捕获，并由此计算扫描装置在全局坐标系下的位姿。

图4为本申请提供的一实施例中数据处理方法的应用环境图三，如图4所示，在该应用环境中，在图2的基础上，还包括反射镜平台305，该反射镜平台305中包含有粘贴编码点的平面镜，可以通过旋转、平移为图像采集器301提供被测物体304完整的成像数据。全局定位装置303固定安装，用于对定位辅助件302上的标记点进行捕获，并通过反射镜平台305中平面镜上的编码点，计算平面镜的平面方程，从而根据平面方程将成像数据转化为图像采集器301坐标系下的实际三维数据。

本实施例提供了一种三维扫描方法，用于上述三维扫描系统10，如图5所示，包括如下步骤：

步骤S201，通过图像采集器对目标物体进行基于结构光图像的成像捕捉，得到目标物体在图像采集器坐标系下的三维数据。

具体地，被测物体的三维数据具体可以是被测物体的表面的三维点云。其中，获取目标物体在图像采集器坐标系下的三维数据，具体可以为提取目标物体的表面图像中，结构光图像的亚像素坐标，并根据图像采集器的畸变参数和内参，计算亚像素坐标的投影坐标。

接下来，再根据投影坐标和图像采集器的光平面方程，重建该目标物体在图像采集器坐标系下的三维数据。

其中，上述光平面方程可以通过标定板进行标定，具体地，通过将标定板相对该图像采集器放置于多个不同位置，并在每个位置上向该标定板投射结构光图像，以获得的多个非共线的三维控制点，拟合成光平面方程。

进一步地，在对目标物体进行成像捕捉后，通过提取该结构光图像在该目标物体的表面图像上的投影坐标，并将经过该投影坐标和图像采集器坐标系原点的直线，与上述光平面方程的交点，作为被测物体在图像采集器坐标系下重建的一个三维点云。

另外，当扫描区域相对图像采集器的体积比较狭小时，可以通过体积较小的图像采集器，比如激光位移传感器等，深入该目标物体的内壁进行三维数据的获取；当扫描区域存在遮挡时，可以引入可旋转的反射镜平台，辅助图像采集器对目标物体进行扫描。

步骤S202，通过数据处理装置接收图像采集器与扫描装置之间的第一位置关系，并根据第一位置关系，将图像采集器坐标系下的三维数据转化到扫描装置坐标系下。

其中，为了获得扫描装置所处坐标系下目标物体的三维数据，可以根据标定板对该第一位置关系进行标定，再对图像采集器所获得的三维数据进行转化，从而能够通过图像采集器获得扫描装置坐标系下目标物体的三维数据。

步骤S203，通过数据处理装置接收扫描装置与全局定位装置之间的第二位置关系，并根据第二位置关系，将扫描装置坐标系下的三维数据，统一到全局定位装置所处的全局坐标系下。

也即，全局定位装置通过捕捉扫描装置中定位辅助件上的第一标识符，来实现对该扫描装置的定位，从而将将扫描装置坐标系下的三维数据，统一到全局定位装置所处的全局坐标系下。

通过将目标物体在扫描装置坐标系下的三维数据转换到全局坐标系下，能够实现对图像采集器所获取的三维数据的坐标系的统一转化，从而能够重建出该目标物体在全局坐标系下的三维数据。

上述步骤，通过图像采集器对目标物体进行基于结构光图像的成像捕捉，得到目标物体在图像采集器坐标系下的三维数据，通过数据处理装置接收图像采集器与扫描装置之间的第一位置关系，并根据该第一位置关系，将图像采集器坐标系下的三维数据转化到扫描装置坐标系下，通过数据处理装置接收扫描装置与全局定位装置之间的第二位置关系，并根据该第二位置关系，将扫描装置坐标系下的三维数据，统一到全局定位装置所处的全局坐标系下，从而弥补了扫描装置获取到的点云坐标缺乏全局信息的缺点，能够完成对目标物体的表面数据的全局重建。

进一步地，在一个实施例中，当使用与扫描装置分离设置的第二反射装置时，通过图像采集器对目标物体进行基于结构光图像的成像捕捉，得到目标物体在图像采集器坐标系下的三维数据，包括以下步骤：

步骤S301，控制图像采集器，经第二反射装置对目标物体投射结构光图像，并基于第二反射装置进行反射区域的成像捕捉，获得目标物体在图像采集器坐标系下，反射区域的成像三维数据。

由于该第二反射装置与扫描装置分离设置，因此扫描装置通过该第二反射装置所获取的目标物体基于结构光图像的三维数据，为反射区域的成像三维数据。

步骤S302，通过数据处理装置计算第二反射装置的平面方程。

其中，该平面方程可以由全局定位装置对该第二反射装置中平面镜上设置的第二识别符，例如环状编码进行识别和重建，以得到该平面镜的平面方程。

步骤S303，通过数据处理装置，根据成像三维数据和平面方程，计算得到目标物体在图像采集器坐标系下的三维数据。

利用镜面反射原理，在获得该平面镜的平面方程后，即可解算出该目标物体在图像采集器坐标系下，相对成像三维数据的实际三维数据。

该第二反射装置中的平面镜能够在该第二反射装置中进行旋转、平移，当扫描装置通过该平面镜获取目标物体的表面图像时，能够获得目标物体多角度的成像，从而克服了扫描装置对结构复杂的扫描区域进行扫描时存在扫描死角的问题。

另外地，在一个实施例中，通过数据处理装置接收扫描装置与全局定位装置之间的第二位置关系，并根据第二位置关系，将扫描装置坐标系下的三维数据，统一到全局定位装置所处的全局坐标系下，包括以下步骤：

步骤S401，通过全局定位装置捕捉扫描装置中，定位辅助件上的第一标识符，并将第一标识符的信息传输至数据处理装置。

步骤S402，通过数据处理装置根据第一标识符，计算扫描装置和全局定位装置之间的第二位置关系。

上述步骤，通过控制图像采集器，经第二反射装置对目标物体投射结构光图像，并给予该第二反射装置进行反射区域的成像捕捉，获得该目标物体在图像采集器坐标系下，反射区域的成像三维数据，通过数据处理装置计算该第二反射装置的平面方程，并根据该成像三维数据和平面方程，计算得到目标物体在图像采集器坐标下的三维数据，以第二反射装置作为辅助装置，从而增加了图像采集器的扫描视野，进一步地，通过全局定位装置捕捉扫描装置中，定位辅助件上的第一标识符，并通过数据处理装置，根据该第一标识符，计算扫描装置和全局定位装置之间的第二位置关系，以实现对扫描装置的定位，从而弥补了扫描装置获取到的点云坐标缺乏全局信息的缺点，能够完成对目标物体的表面数据的全局重建。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上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，所述三维扫描系统包括扫描装置、全局定位装置以及数据处理装置，所述扫描装置包括定位辅助件和图像采集器；

所述图像采集器用于向目标物体投射结构光图像，并基于所述结构光图像对所述目标物体进行成像捕捉，以获取所述目标物体的扫描数据；

所述定位辅助件上设置有多个第一标识符，所述定位辅助件与所述图像采集器相连，且所述定位辅助件与所述图像采集器之间的距离不小于预设阈值；

所述全局定位装置利用所述定位辅助件上的多个第一标识符，对所述扫描装置进行定位；

所述数据处理装置用于接收并处理所述扫描装置和所述全局定位装置获取的数据。

2.根据权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，所述扫描装置中还固定安装有第一反射装置，所述图像采集器通过所述第一反射装置向所述目标物体投射结构光图像，并拍摄所述目标物体在所述第一反射装置中带有结构光图像的成像。

3.根据权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，所述三维扫描系统还包括与所述扫描装置分离设置的第二反射装置，所述第二反射装置中设置有平面镜，所述平面镜上设有第二标识符；

所述图像采集器通过所述平面镜，向所述目标物体投射结构光图像，通过所述平面镜拍摄所述目标物体带有结构光图像的成像；

所述全局定位装置获取所述平面镜上的第二标识符，所述数据处理装置用于接收并处理所述目标物体带有结构光图像的成像及所述第二标识符，得到所述目标物体的扫描数据。

4.根据权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，所述图像采集器为激光位移传感器，所述激光位移传感器包括第一激光投射模块和第一拍摄模块，所述第一激光投射模块用于向所述目标物体投射结构光图像，所述第一拍摄模块用于获取所述目标物体带有结构光图像的成像。

5.根据权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，所述图像采集器为激光扫描仪，所述激光扫描仪包括第二激光投射模块和第二拍摄模块，所述第二激光投射模块用于向所述目标物体投射结构光图像，所述第二拍摄模块用于获取所述目标物体带有结构光图像的成像。

6.根据权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，所述定位辅助件与所述图像采集器之间的距离可调节。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的三维扫描系统，其特征在于，所述三维扫描系统用于深入工件内部进行扫描。

8.一种三维扫描方法，用于权利要求1至7中任一项所述的三维扫描系统中，其特征在于，所述方法包括：

通过图像采集器对目标物体进行基于结构光图像的成像捕捉，得到所述目标物体在图像采集器坐标系下的三维数据；

通过数据处理装置接收所述图像采集器与扫描装置之间的第一位置关系，并根据所述第一位置关系，将所述图像采集器坐标系下的三维数据转化到所述扫描装置坐标系下；

通过所述数据处理装置接收所述扫描装置与所述全局定位装置之间的第二位置关系，并根据所述第二位置关系，将所述扫描装置坐标系下的三维数据，统一到所述全局定位装置所处的全局坐标系下。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当使用与扫描装置分离设置的第二反射装置时，所述通过图像采集器对目标物体进行基于结构光图像的成像捕捉，得到所述目标物体在图像采集器坐标系下的三维数据，包括：

控制所述图像采集器，经所述第二反射装置对所述目标物体投射结构光图像，并基于所述第二反射装置进行反射区域的成像捕捉，获得所述目标物体在所述图像采集器坐标系下，所述反射区域的成像三维数据；

通过所述数据处理装置计算所述第二反射装置的平面方程；

通过所述数据处理装置，根据所述成像三维数据和所述平面方程，计算得到所述目标物体在所述图像采集器坐标系下的三维数据。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述通过所述数据处理装置接收所述扫描装置与所述全局定位装置之间的第二位置关系，并根据所述第二位置关系，将所述扫描装置坐标系下的三维数据，统一到所述全局定位装置所处的全局坐标系下，包括：

通过所述全局定位装置捕捉所述扫描装置中，定位辅助件上的第一标识符，并将所述第一标识符的信息传输至所述数据处理装置；

通过所述数据处理装置根据所述第一标识符，计算所述扫描装置和所述全局定位装置之间的第二位置关系。

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