CN113310427B - 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，其中的三维扫描系统包括全局测量装置、局部扫描装置和数据处理装置，其中，全局测量装置用于获取扫描场景中将被测物体统一在第一坐标系下的第一标记点，局部扫描装置包括传感器组件，传感器组件用于对被测物体进行局部扫描，以获得被测物体在不同方位的传感器组件坐标系下的局部三维数据，数据处理装置，用于将局部三维数据实时拼接到由第一标记点所确定的第一坐标系下，以得到被测物体在第一坐标系下的完整三维数据，其中，全局测量装置和局部扫描装置分别与数据处理装置连接，从而实现了在不同方位对工件进行扫描时，对该工件的三维数据的实时拼接，并提高了对大尺寸工件的扫描效率。

Description

三维扫描系统和三维扫描方法

技术领域

本申请涉及机器人的三维扫描技术领域，特别是涉及一种三维扫描系统和三维扫描方法。

背景技术

在对大尺寸工件进行表面数据重建时，往往需要使用扫描仪依次在该工件的不同方位下对该工件进行扫描，以获得局部的表面数据，再将不同方位下所获取到的局部的表面数据拼接到统一的坐标系下，以获得该工件完整的表面数据，这种方式对大工件的扫描过程耗时较长，从而导致工作效率低下，而通过人工操作的方式，将多台设备同时置于大工件的不同方位进行扫描，能够提高扫描的效率，但多台设备之间的坐标系不统一，无法在扫描过程中完成工件表面数据的实时拼接。

针对目前通过多台设备对大尺寸工件进行扫描时，所存在的无法进行实时扫描和数据拼接的问题，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，以至少解决相关技术中多台设备对大尺寸工件进行扫描时，存在的无法进行实时扫描和数据拼接问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种三维扫描系统，包括全局测量装置、局部扫描装置和数据处理装置，其中：

所述全局测量装置用于获取扫描场景中将被测物体统一在第一坐标系下的第一标记点；

所述局部扫描装置包括传感器组件，所述传感器组件用于对所述被测物体进行局部扫描，以获得所述被测物体在不同方位的传感器组件坐标系下的局部三维数据；

所述数据处理装置，用于将所述局部三维数据实时拼接到由所述第一标记点所确定的第一坐标系下，以得到所述被测物体在所述第一坐标系下的完整三维数据，其中，所述全局测量装置和所述局部扫描装置分别与所述数据处理装置连接。

在其中一些实施例中，所述局部扫描装置包括至少两个传感器组件，所述至少两个传感器组件分别位于所述被测物体的不同方位；所述至少两个传感器组件，用于对所述被测物体同步进行局部扫描，以获得所述被测物体在所述不同方位的传感器组件坐标系下的局部三维数据。

在其中一些实施例中，所述传感器组件包括手持式三维传感器，所述手持式三维传感器用于获取被测物体在所述不同方位的手持式三维传感器坐标系下的局部三维数据，以及所述扫描场景在所述不同方位下的第二标记点。

在其中一些实施例中，所述传感器组件包括一个图像传感器和至少两个定位辅助件；所述图像传感器上设置有定位标识符，所述图像传感器用于获取所述被测物体表面局部三维数据；所述至少两个定位辅助件被设置于被测物体的不同方位，用于跟踪所述图像传感器的位姿，并获取所述扫描场景在所述不同方位下的第二标记点；所述图像传感器与所述定位辅助件均与所述数据处理装置连接。

在其中一些实施例中，所述至少两个传感器组件中的每一个所述传感器组件，包括定位辅助件和图像传感器，其中：所述图像传感器上设置有定位标识符，所述图像传感器被设置于所述被测物体的不同方位，用于同步获取所述被测物体在不同方位下的局部三维数据；所述定位辅助件被设置于所述被测物体的不同方位，用于跟踪所述图像传感器的位姿，并获取所述扫描场景在所述不同方位下的第二标记点；所述图像传感器与所述数据处理装置通过无线装置连接，所述定位辅助件与所述数据处理装置连接。

在其中一些实施例中，所述全局测量装置包括以下装置之一：摄影测量装置、定位辅助件及带有摄影测量模块的扫描仪。

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，所述方法包括以下步骤：

预先利用所述全局测量装置获取将所述被测物体统一在第一坐标系下的第一标记点；

在扫描过程中，利用所述局部扫描装置的所述传感器组件对所述被测物体进行扫描，得到所述被测物体在所述不同方位的局部三维数据；并利用所述数据处理装置将所述局部三维数据实时拼接到，由所述第一标记点所确定的所述第一坐标系下，以得到所述被测物体在所述第一坐标系下的完整三维数据。

在其中一些实施例中，所述传感器包括手持式三维传感器，所述在扫描过程中，利用所述局部扫描装置的所述传感器组件对所述被测物体进行扫描，得到所述被测物体在所述不同方位的局部三维数据；并利用所述数据处理装置将所述局部三维数据实时拼接到，由所述第一标记点所确定的所述第一坐标系下，以得到所述被测物体在所述第一坐标系下的完整三维数据，包括：

利用至少两个所述手持式三维传感器同步获取所述不同方位的手持式三维传感器坐标系下的第二标记点，并获取所述被测物体在所述不同方位的局部三维数据；

利用所述数据处理装置根据所述第一标记点和所述第二标记点，计算所述手持式三维传感器坐标系和所述第一坐标系之间的第一位置关系，并根据所述第一位置关系，将所述局部三维数据实时拼接到所述第一坐标系下。

在其中一些实施例中，在所述传感器组件包括一个图像传感器和至少两个定位辅助件，其中一个所述传感器组件包括一个图像传感器，剩余每个所述传感器组件均包含一个定位辅助件时，所述在扫描过程中，利用所述局部扫描装置的所述传感器组件对所述被测物体进行扫描，得到所述被测物体在所述不同方位的局部三维数据；并利用所述数据处理装置将所述局部三维数据实时拼接到，由所述第一标记点所确定的所述第一坐标系下，以得到所述被测物体在所述第一坐标系下的完整三维数据，包括：

利用至少两个所述定位辅助件获取所述不同方位的定位辅助件坐标系下的第二标记点；

利用所述图像传感器获取所述被测物体在所述不同方位的局部三维数据；

利用所述数据处理装置将所述图像传感器所获取的局部三维数据转换到所述定位辅助件坐标系下，并根据所述第一标记点和所述第二标记点，将所述定位辅助件坐标系下的局部三维数据实时拼接到所述第一坐标系下。

在其中一些实施例中，在所述三维扫描系统包括至少两个所述传感器组件，且每个所述传感器组件均包括一个图像传感器和一个定位辅助件时，所述在扫描过程中，利用所述局部扫描装置的所述传感器组件对所述被测物体进行扫描，得到所述被测物体在所述不同方位的局部三维数据；并利用所述数据处理装置将所述局部三维数据实时拼接到，由所述第一标记点所确定的所述第一坐标系下，以得到所述被测物体在所述第一坐标系下的完整三维数据，包括：

利用至少两个所述定位辅助件获取所述不同方位的定位辅助件坐标系下的第二标记点；

利用至少两个所述图像传感器同步获取所述被测物体在所述不同方位的局部三维数据；

利用所述数据处理装置将所述图像传感器所获取的局部三维数据转换到所述定位辅助件坐标系下，并根据所述第一标记点和所述第二标记点，将所述定位辅助件坐标系下的局部三维数据实时拼接到所述第一坐标系下。

本申请提供了上述三维扫描系统和三维扫描方法，其中，在上述三维扫描系统中，包括全局测量装置、局部扫描装置和数据处理装置，其中，全局测量装置用于获取扫描场景中将被测物体统一在第一坐标系下的第一标记点，局部扫描装置包括传感器组件，传感器组件用于对被测物体进行局部扫描，以获得被测物体在不同方位的传感器组件坐标系下的局部三维数据，数据处理装置，用于将局部三维数据实时拼接到由第一标记点所确定的第一坐标系下，以得到被测物体在第一坐标系下的完整三维数据，其中，全局测量装置和局部扫描装置分别与数据处理装置连接，从而实现了在不同方位对工件进行扫描时，对该工件的三维数据的实时拼接，并提高了对大尺寸工件的扫描效率。

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。

图1为本申请提供的一实施例中三维扫描系统10的结构示意图。如图1所示，在该三维扫描系统10中，包括全局测量装置101、局部扫描装置102和数据处理装置103，其中：

全局测量装置101用于获取扫描场景中将被测物体统一在第一坐标系下的第一标记点。局部扫描装置102包括传感器组件，传感器组件用于对被测物体进行局部扫描，以获得被测物体在不同方位的传感器组件坐标系下的局部三维数据。数据处理装置103用于将局部三维数据实时拼接到由第一标记点所确定的第一坐标系下，以得到被测物体在第一坐标系下的完整三维数据。其中，全局测量装置101和局部扫描装置102分别与数据处理装置103连接。

具体地，在对被测物体进行扫描之前，可以先在该被测物体的表面以及该被测物体所处的扫描场景粘贴若干标记点，利用全局测量装置101对标记点进行扫描，以建立该被测物体所处的第一坐标系。其中，该第一坐标系为由若干标记点所确定的统一坐标系，用于统一后续扫描过程中所获取的，被测物体不同方位下的局部三维数据的坐标系，从而得到被测物体的完整三维数据。全局测量装置101所获取的该被测物体表面和扫描场景中的标记点，即为处于该第一坐标系下的第一标记点。其中，全局测量装置101可以为摄影测量装置、跟踪头以及带摄影测量功能的扫描仪中的任一一种，被测物体的三维数据可以是由传感器组件对被测物体进行三维重建后的到的激光点云数据。进一步地，在得到第一标记点之后，可以将该第一标记点存储于数据处理装置103中，为后续的扫描过程提供基准数据。

该三维扫描系统10中的局部扫描装置102可以为一个或多个传感器组件的组合，其中该传感器组件可以为具有精细扫描功能的三维传感器，例如手持式三维传感器和跟踪式三维传感器。该传感器组件的扫描范围有限，因此适用于对被测物体进行不同方位的局部扫描。具体地，利用该传感器组件对被测物体进行不同方位的局部扫描，既可以利用多个传感器组件在被测物体的不同方位下同步进行扫描，也可以利用一个传感器组件在移动中获取被测物体不同方位下的局部三维数据。

另外，为了在后续将传感器组件的坐标系统一到第一坐标系下，还需要确认传感器组件坐标系与第一坐标系之间的转换关系。具体地，可以利用传感器组件在被测物体的不同方位下，获取被测物体表面的标记点和扫描场景中的第二标记点，该第二标记点为处于传感器组件坐标系下的部分标记点。另外地，该第二标记点为被测物体表面和扫描场景中的标记点在不同方位下被不同传感器组件所获得，每个传感器组件可能在该传感器组件坐标系下获得该被测物体表面和扫描场景中的一部分标记点。接下来，第一标记点为该被测物体表面和扫描场景中的全部标记点被全局测量装置101所观测得到的。因此，可以将第二标记点理解为第一标记点中的部分标记点在传感器组件坐标系下对应的一组数据，通过将该第二标记点与第一标记点进行比对，能够得到传感器组件坐标系与第一坐标系之间的位置转换关系。具体地，可以是将每个传感器组件坐标系下所得到的第二标记点的三维坐标，与第一标记点中所对应的那部分标记点的三维坐标进行匹配，确定该传感器组件在第一坐标系中所处位置，从而能对每个传感器组件的坐标系进行统一。

例如，当传感器组件为手持式三维传感器时，可以将多个手持式三维传感器设置于被测物体的不同方位，获取该被测物体在不同方位下的局部三维数据。另外，为了统一多个手持式三维传感器的坐标系，还可以利用该多个手持式三维传感器在不同方位下获取被测物体表面和扫描场景下的部分标记点。

另外地，当传感器组件为跟踪式三维传感器时，该传感器组件包括定位辅助件和图像传感器，其中，该定位辅助件可以为跟踪式三维传感器的跟踪头部分，图像传感器可以为跟踪式三维传感器的扫描头部分。可以利用图像传感器获取被测物体不同方位下的局部三维数据，利用定位辅助件在被测物体的不同方位下获取被测物体表面和扫描场景下的第二标记点。该传感器组件中定位辅助件为至少两个，图像传感器为至少一个。当三维扫描系统中，定位辅助件为多个而图像传感器为一个时，可以使该多个定位辅助件对该图像传感器在不同方位下依次进行定位。当定位辅助件与图像传感器均为多个时，可以将定位辅助件与图像传感器以一对一的对应关系进行组合。

数据处理装置103具体可以为包含存储模块和处理模块的一台或多台计算终端。传感器组件可以通过无线模块，例如AirGo与该数据处理装置103相连。其中，当传感器组件将所获取的数据传输至数据处理装置103后，可以将数据处理装置103存储模块所存储的第一标记点导入处理模块中，在处理模块中通过将传感器组件获取的第二标记点与第一标记点进行比对，计算传感器组件与第一坐标系之间的位置转换关系，从而将该传感器组件坐标系下的局部三维数据，拼接至第一坐标系下，在完成对该被测物体所有不同方位下局部三维数据在第一坐标系下的拼接后，即能得到该被测物体在第一坐标系下的完整三维数据，从而完成该被测物体在统一坐标系下的三维重建。

另外地，为了提高三维数据的精确度，可以按照预设的筛选条件对传感器组件进行筛选。例如，根据传感器组件在不同方位下所获得的第二标记点的数量和精度对该传感器组件进行筛选，以得到能获取到标记点精度更高、数量更多的传感器组件。

上述三维扫描系统10，包括全局测量装置101、局部扫描装置102和数据处理装置103，其中，全局测量装置101用于获取扫描场景中将被测物体统一在第一坐标系下的第一标记点，局部扫描装置102包括传感器组件，传感器组件用于对被测物体进行局部扫描，以获得被测物体在不同方位的传感器组件坐标系下的局部三维数据，数据处理装置103用于将局部三维数据实时拼接到由第一标记点所确定的第一坐标系下，以得到被测物体在第一坐标系下的完整三维数据，其中，全局测量装置101和局部扫描装置102分别与数据处理装置103连接，从而实现了在不同方位对工件进行扫描时，对该工件的三维数据的实时拼接，并提高了对大尺寸工件的扫描效率。

在一个实施例中，局部扫描装置102包括至少两个传感器组件，至少两个传感器组件分别位于被测物体的不同方位，至少两个传感器组件，用于对被测物体同步进行局部扫描，以获得被测物体在不同方位的传感器组件坐标系下的局部三维数据。

具体地，将至少两个传感器组件设置于被测物体的不同方位，同步对该被测物体进行局部扫描，以得到该被测物体在不同方位的传感器坐标系下的局部三维数据，从而提高了局部扫描的效率。并且在传感器组件获取被测物体的局部三维数据的同时，还利用该传感器组件在被测物体的不同方位同步获取第二标记点，从而将不同方位下的传感器组件统一到第一坐标系中，从而能够实时地将被测物体不同方位下的局部三维数据统一到第一坐标系下，还可以利用数据处理装置外接显示设备，对该被测物体的局部三维数据进行显示，从而对被测物体的实时扫描数据进行监测。

在一个实施例中，传感器组件包括手持式三维传感器，手持式三维传感器用于获取被测物体在不同方位的手持式三维传感器坐标系下的局部三维数据，以及扫描场景在不同方位下的第二标记点。

具体地，当手持式三维传感器为至少两个时，将至少两个手持式三维传感器设置于被测物体的不同方位，得到不同方位下手持式三维传感器坐标系下的局部三维数据和第二标记点。将局部三维数据和第二标记点传输至数据处理装置，该数据处理装置将第二标记点与导入的第一标记点进行比对，从而将不同方位下手持式三维传感器所获取的局部三维数据拼接至第一坐标系。

另外地，在一个实施例中，传感器组件包括一个图像传感器和至少两个定位辅助件。图像传感器上设置有定位标识符，图像传感器用于获取被测物体表面局部三维数据。至少两个定位辅助件被设置于被测物体的不同方位，用于跟踪图像传感器的位姿，并获取扫描场景在不同方位下的第二标记点。图像传感器与定位辅助件均与数据处理装置连接。

具体地，至少两个定位辅助件被预先设置于被测物体的不同方位，依次对该图像传感器进行定位。其中，利用定位辅助件捕捉图像传感器上设置的定位标识符，利用数据处理装置根据该定位标识符的位置信息来计算图像传感器坐标系与定位辅助件坐标系之间的位置转换关系，从而将该图像传感器坐标系下的局部三维数据，转换到对应的定位辅助件坐标系下。另外，定位辅助件坐标系与第一坐标系之间的位置转换关系可以通过第一标记点与定位辅助件所获取的第二标记点进行比对，而计算得出。因此，当图像传感器在移动过程中对被测物体进行局部扫描时，数据处理装置通过接收图像传感器在当前位置下，被定位辅助件所捕捉的定位标识符的位置信息后，即能利用图像传感器坐标系与定位辅助件坐标系之间的位置转换关系，以及定位辅助件坐标系与第一坐标系之间的位置转换关系，将该图像传感器所获取的局部三维数据，实时拼接至第一坐标系下。

另外地，在一个实施例中，至少两个传感器组件中的每一个传感器组件，包括定位辅助件和图像传感器，其中，图像传感器上设置有定位标识符，图像传感器被设置于被测物体的不同方位，用于同步获取被测物体在不同方位下的局部三维数据。定位辅助件被设置于被测物体的不同方位，用于跟踪图像传感器的位姿，并获取扫描场景在不同方位下的第二标记点。图像传感器与数据处理装置通过无线装置连接，定位辅助件与数据处理装置连接。

当三维扫描系统10中包含有多组定位辅助件与图像传感器时，该数据处理装置103中可以包含多台计算终端，为每组定位辅助件与图像传感器均分配一台计算终端，以提高数据处理装置103的运算效率，进而提高被测物体在第一坐标系下三维重建的效率。具体地，可以利用至少两个定位辅助件在被测物体的不同方位下同步获取第二标记点，利用至少两个图像传感器在被测物体的不同方位下同步获取局部三维数据，利用数据处理装置103接收不同方位下的第二标记点和局部三维数据，以及每组定位辅助件所捕捉的对应的图像传感器的定位标识符，从而将图像传感器所获取的局部三维数据，经由定位辅助件坐标系拼接至第一坐标系下。

其中，基于上述的三维扫描系统10，全局测量装置包括以下装置之一：摄影测量装置、定位辅助件及带有摄影测量模块的扫描仪。

上述三维扫描系统10，将至少两个传感器组件设置于被测物体的不同方位，利用至少两个传感器组件同步对被测物体进行局部扫描，以提高局部扫描的效率，当使用手持式三维传感器对被测物体进行扫描时，利用该手持式三维传感器同时获取第二标记点和局部三维数据，以提高将局部三维数据拼接至第一坐标系的效率，当使用定位辅助件和图像传感器对被测物体进行局部扫描时，利用至少两个定位辅助件对图像传感器进行定位，利用图像传感器对被测物体进行局部扫描，从而扩大图像传感器的扫描视野，进而实现了多台扫描设备对被测物体的实时扫描，提高了对大尺寸工件的扫描效率。

本实施例提供了一种三维扫描方法，用于上述的三维扫描系统10，如图2所示，包括如下步骤：

步骤S210，预先利用全局测量装置101获取将被测物体统一在第一坐标系下的第一标记点。

具体地，可以使用摄影测量装置，或者具有摄影测量功能的三维扫描设备对被测物体表面和扫描场景中所粘贴的标记点进行预先扫描，以获得该标记点在该全局摄影测量装置101坐标系下的三维坐标，从而为该被测物体建立统一的第一坐标系。其中，该第一坐标系即为该全局摄影测量装置101所处坐标系。另外地，也可以利用一个定位辅助件，比如跟踪头，对被测物体表面和扫描场景中粘贴的标记点进行观测，以建立该第一坐标系。通过获取该第一标记点，能够为后续三维数据在统一坐标系下的拼接提供基准数据。

另外地，当全局测量装置101获取到第一标记后，可以将该第一标记点存储于上述三维扫描系统10的数据处理装置103中，后续扫描过程通过导入该第一标记点，即能进行三维数据在统一坐标系下的拼接。

步骤S220，在扫描过程中，利用局部扫描装置102的传感器组件对被测物体进行扫描，得到被测物体在不同方位的局部三维数据；并利用数据处理装置103将局部三维数据实时拼接到，由第一标记点所确定的第一坐标系下，以得到被测物体在第一坐标系下的完整三维数据。

具体地，可以利用该局部扫描装置102中的传感器组件在不同方位下获取该被测物体和扫描场景的标记点，作为该传感器组件坐标系下的第二标记点。通过将该第二标记点于上述步骤S210所获得的第一标记点进行比对，从而获得该传感器组件坐标系与上述步骤S210中第一坐标系之间的位置转化关系。其中，该位置转换关系，具体可以为旋转平移矩阵，利用该矩阵能够实现传感器组件坐标系与第一坐标系之间坐标的转换。进一步地，在传感器组件获取该被测物体的局部三维数据时，将被测物体在不同方位下传感器组件坐标系下的局部三维数据，根据该传感器组件坐标系与第一坐标系之间的位置转换关系，实时拼接至该第一坐标系下。

需要说明的是，既可以使用同一个传感器组件获取该局部三维数据和第二标记点，也可以使用不同的传感器组件分别获取局部三维数据和第二标记点。当使用不同的传感器组件分别获取局部三维数据和第二标记点时，可以计算出两种不同的传感器组件之间的位置转换关系，并利用该位置转换关系，将其中局部三维数据转换至第二标记点所出的传感器组件坐标系下。例如，在使用跟踪式三维传感器来对被测物体进行扫描时，利用该跟踪式三维传感器的跟踪头获取不同方位下的第二标记点，该第二标记点处于不同方位下的跟踪头坐标系。利用扫描头来获取不同方位下的局部三维数据，该局部三维数据处于不同方位下的扫描头。利用跟踪头对扫描头进行定位，得到跟踪头坐标系与扫描头坐标系之间的位置转换关系，从而利用该位置转换关系得到被测物体在跟踪头坐标系下的局部三维数据。

上述步骤，通过预先利用全局测量装置101获取将被测物体统一在第一坐标系下的第一标记点，在扫描过程中，利用局部扫描装置102的传感器组件对被测物体进行扫描，得到被测物体在不同方位的局部三维数据，并利用数据处理装置103将局部三维数据实时拼接到，由第一标记点所确定的第一坐标系下，以得到被测物体在第一坐标系下的完整三维数据，从而实现了在不同方位对工件同时进行扫描时，对该工件的三维数据的实时拼接，并提高了对大尺寸工件的扫描效率。

进一步地，在一个实施例中，基于上述步骤S220，传感器包括手持式三维传感器，在扫描过程中，利用局部扫描装置102的传感器组件对被测物体进行扫描，得到被测物体在不同方位的局部三维数据；并利用数据处理装置103将局部三维数据实时拼接到第一坐标系下，以得到被测物体在第一坐标系下的完整三维数据，包括以下步骤：

步骤S2211，利用至少两个手持式三维传感器同步获取不同方位的手持式三维传感器坐标系下的第二标记点，并获取被测物体在不同方位的局部三维数据。

步骤S2212，利用数据处理装置103根据第一标记点和第二标记点，计算手持式三维传感器坐标系和第一坐标系之间的第一位置关系，并根据第一位置关系，将局部三维数据实时拼接到第一坐标系下。

另外地，在一个实施例中，在传感器组件包括一个图像传感器和至少两个定位辅助件，其中一个传感器组件包括一个图像传感器，剩余每个传感器组件均包含一个定位辅助件时，在扫描过程中，利用局部扫描装置的传感器组件对被测物体进行扫描，得到被测物体在不同方位的局部三维数据；并利用数据处理装置103将局部三维数据实时拼接到，由第一标记点所确定的第一坐标系下，以得到被测物体在第一坐标系下的完整三维数据，包括以下步骤：

步骤S2221，利用至少两个定位辅助件获取不同方位的定位辅助件坐标系下的第二标记点。

步骤S2222，利用图像传感器获取被测物体在不同方位的局部三维数据。

步骤S2223，利用数据处理装置103将图像传感器所获取的局部三维数据转换到定位辅助件坐标系下，并根据第一标记点和第二标记点，将定位辅助件坐标系下的局部三维数据实时拼接到第一坐标系下。

另外地，在一个实施例中，在三维扫描系统包括至少两个传感器组件，且每个传感器组件均包括一个图像传感器和一个定位辅助件时，在扫描过程中，利用局部扫描装置103的传感器组件对被测物体进行扫描，得到被测物体在不同方位的局部三维数据；并利用数据处理装置103将局部三维数据实时拼接到，有第一标记点所确定的第一坐标系下，以得到被测物体在第一坐标系下的完整三维数据，包括：

步骤S2231，利用至少两个定位辅助件获取不同方位的定位辅助件坐标系下的第二标记点。

步骤S2232，利用至少两个图像传感器同步获取被测物体在不同方位的局部三维数据。

步骤S2233，利用数据处理装置103将图像传感器所获取的局部三维数据转换到定位辅助件坐标系下，并根据第一标记点和第二标记点，将定位辅助件坐标系下的局部三维数据实时拼接到第一坐标系下。

上述步骤S210至步骤S2233，将至少两个传感器组件设置于被测物体的不同方位，利用至少两个传感器组件同步对被测物体进行局部扫描，以提高局部扫描的效率，当使用手持式三维传感器对被测物体进行扫描时，利用该手持式三维传感器同时获取第二标记点和局部三维数据，以提高将局部三维数据拼接至第一坐标系的效率，当使用定位辅助件和图像传感器对被测物体进行局部扫描时，利用至少两个定位辅助件对图像传感器进行定位，利用图像传感器对被测物体进行局部扫描，从而扩大图像传感器的扫描视野，进而实现了多台扫描设备对被测物体的实时扫描，提高了对大尺寸工件的扫描效率。

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 (9)

1.一种三维扫描系统，其特征在于，包括全局测量装置、局部扫描装置和数据处理装置，其中：

所述全局测量装置用于获取扫描场景中将被测物体统一在第一坐标系下的第一标记点；

所述局部扫描装置包括传感器组件，所述传感器组件用于对所述被测物体进行局部扫描，以获得所述被测物体在不同方位的传感器组件坐标系下的局部三维数据；

所述数据处理装置，用于将所述局部三维数据实时拼接到由所述第一标记点所确定的第一坐标系下，以得到所述被测物体在所述第一坐标系下的完整三维数据，其中，所述全局测量装置和所述局部扫描装置分别与所述数据处理装置连接；

所述传感器组件包括一个图像传感器和至少两个定位辅助件；

所述图像传感器上设置有定位标识符，所述图像传感器用于获取所述被测物体表面局部三维数据；

所述至少两个定位辅助件被设置于所述被测物体的不同方位，用于跟踪所述图像传感器的位姿，并获取所述扫描场景在所述不同方位下的第二标记点；

所述图像传感器与所述定位辅助件均与所述数据处理装置连接。

2.根据权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于：

所述局部扫描装置包括至少两个传感器组件，所述至少两个传感器组件分别位于所述被测物体的不同方位；

所述至少两个传感器组件，用于对所述被测物体同步进行局部扫描，以获得所述被测物体在所述不同方位的传感器组件坐标系下的局部三维数据。

3.根据权利要求1或2所述的三维扫描系统，其特征在于，所述传感器组件包括手持式三维传感器，所述手持式三维传感器用于获取所述被测物体在所述不同方位的手持式三维传感器坐标系下的局部三维数据，以及所述扫描场景在所述不同方位下的第二标记点。

4.根据权利要求2所述的三维扫描系统，其特征在于，所述至少两个传感器组件中的每一个所述传感器组件，包括定位辅助件和图像传感器，其中：

所述图像传感器上设置有定位标识符，所述图像传感器被设置于所述被测物体的不同方位，用于同步获取所述被测物体在不同方位下的局部三维数据；

所述定位辅助件被设置于所述被测物体的不同方位，用于跟踪所述图像传感器的位姿，并获取所述扫描场景在所述不同方位下的第二标记点；

所述图像传感器与所述数据处理装置通过无线装置连接，所述定位辅助件与所述数据处理装置连接。

5.根据权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，所述全局测量装置包括以下装置之一：摄影测量装置、定位辅助件及带有摄影测量模块的扫描仪。

6.一种三维扫描方法，用于权利要求1至5中任一项所述的三维扫描系统，其特征在于，所述方法包括：

预先利用所述全局测量装置获取将所述被测物体统一在第一坐标系下的第一标记点；

在扫描过程中，利用所述局部扫描装置的所述传感器组件对所述被测物体进行扫描，得到所述被测物体在所述不同方位的局部三维数据；并利用所述数据处理装置将所述局部三维数据实时拼接到，由所述第一标记点所确定的所述第一坐标系下，以得到所述被测物体在所述第一坐标系下的完整三维数据。

7.根据权利要求6所述的三维扫描方法，其特征在于，所述传感器包括手持式三维传感器，所述在扫描过程中，利用所述局部扫描装置的所述传感器组件对所述被测物体进行扫描，得到所述被测物体在所述不同方位的局部三维数据；并利用所述数据处理装置将所述局部三维数据实时拼接到，由所述第一标记点所确定的所述第一坐标系下，以得到所述被测物体在所述第一坐标系下的完整三维数据，包括：

利用至少两个所述手持式三维传感器同步获取所述不同方位的手持式三维传感器坐标系下的第二标记点，并获取所述被测物体在所述不同方位的局部三维数据；

利用所述数据处理装置根据所述第一标记点和所述第二标记点，计算所述手持式三维传感器坐标系和所述第一坐标系之间的第一位置关系，并根据所述第一位置关系，将所述局部三维数据实时拼接到所述第一坐标系下。

8.根据权利要求6所述的三维扫描方法，其特征在于，在所述传感器组件包括一个图像传感器和至少两个定位辅助件，其中一个所述传感器组件包括一个图像传感器，剩余每个所述传感器组件均包含一个定位辅助件时，所述在扫描过程中，利用所述局部扫描装置的所述传感器组件对所述被测物体进行扫描，得到所述被测物体在所述不同方位的局部三维数据；并利用所述数据处理装置将所述局部三维数据实时拼接到，由所述第一标记点所确定的所述第一坐标系下，以得到所述被测物体在所述第一坐标系下的完整三维数据，包括：

利用至少两个所述定位辅助件获取所述不同方位的定位辅助件坐标系下的第二标记点；

利用所述图像传感器获取所述被测物体在所述不同方位的局部三维数据；

利用所述数据处理装置将所述图像传感器所获取的局部三维数据转换到所述定位辅助件坐标系下，并根据所述第一标记点和所述第二标记点，将所述定位辅助件坐标系下的局部三维数据实时拼接到所述第一坐标系下。

9.根据权利要求6所述的三维扫描方法，其特征在于，在所述三维扫描系统包括至少两个所述传感器组件，且每个所述传感器组件均包括一个图像传感器和一个定位辅助件时，所述在扫描过程中，利用所述局部扫描装置的所述传感器组件对所述被测物体进行扫描，得到所述被测物体在所述不同方位的局部三维数据；并利用所述数据处理装置将所述局部三维数据实时拼接到，由所述第一标记点所确定的所述第一坐标系下，以得到所述被测物体在所述第一坐标系下的完整三维数据，包括：

利用至少两个所述定位辅助件获取所述不同方位的定位辅助件坐标系下的第二标记点；

利用至少两个所述图像传感器同步获取所述被测物体在所述不同方位的局部三维数据；

利用所述数据处理装置将所述图像传感器所获取的局部三维数据转换到所述定位辅助件坐标系下，并根据所述第一标记点和所述第二标记点，将所述定位辅助件坐标系下的局部三维数据实时拼接到所述第一坐标系下。

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