CN113670202A - 三维扫描系统和三维扫描方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种三维扫描系统和三维扫描方法，其中，该三维扫描系统包括：跟踪装置和扫描装置，跟踪装置包括第一跟踪设备、第二跟踪设备、以及定位设备；第一跟踪设备用于获取扫描装置的位置信息；第二跟踪设备用于基于位置信息，对扫描装置的位姿进行跟踪，以获取扫描装置的位姿信息；定位设备，与第一跟踪设备的相对位置固定；定位设备用于对第二跟踪设备的位姿进行跟踪，以获取第二跟踪设备的位姿。其基于第一跟踪设备与第二跟踪设备之间的坐标变换关系，将三维数据进行统一，从而完成了被测物体的三维重建，增加了三维扫描系统的工作范围。

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，特别是涉及三维扫描系统和三维扫描方法。

背景技术

目前在使用跟踪式三维扫描系统对被测物体进行扫描时，往往采用跟踪头与扫描头组合工作的方式来将被测物体在不同方位的三维数据统一到同一个坐标系下，实现被测物体的三维重建。其中，跟踪头往往为双目相机，扫描头为一个带有标记点结构和扫描功能的激光扫描仪。由于现有技术中的跟踪头是根据双目成像的原理对扫描头的姿态进行重建，以将扫描头所获取的被测物体的三维数据转换至跟踪头坐标系下，所以扫描头需要工作于跟踪头两个相机的共同工作视野内，如图1所示，扫描头需要工作与双目相机A和双目相机B两个相机的共同工作视野区域内。因此导致跟踪式三维扫描系统的工作范围受限。针对相关技术中存在的跟踪式三维扫描系统的工作范围受限的问题，目前还没有提出有效的解决方案。

发明内容

在本实施例中提供了一种三维扫描系统和三维扫描方法，以解决相关技术中存在的跟踪式三维扫描系统的工作范围受限的问题。

第一个方面，在本实施例中提供了一种三维扫描系统，所述三维扫描系统包括：跟踪装置和扫描装置，其中：

所述扫描装置用于对被测物体进行扫描；

所述跟踪装置包括第一跟踪设备、第二跟踪设备、以及定位设备；

所述第一跟踪设备用于对所述扫描装置进行跟踪，以获取所述扫描装置处于工作状态时的位置信息；

所述第二跟踪设备用于基于所述位置信息，通过改变自身的位姿对所述扫描装置的位姿进行跟踪，以获取所述扫描装置处于工作状态时的位姿信息；

所述定位设备，与所述第一跟踪设备的相对位置固定；所述定位设备用于对所述第二跟踪设备的位姿进行跟踪，以在所述第二跟踪设备锁定所述扫描装置在工作状态下的位姿信息时，获取所述第二跟踪设备的位姿。

在其中的一些实施例中，所述第一跟踪设备的工作视野大于所述第二跟踪设备的工作视野。

在其中的一些实施例中，所述第一跟踪设备的跟踪精度低于所述第二跟踪设备的跟踪精度。

在其中的一些实施例中，所述定位设备还用于统一所述第一跟踪设备和所述第二跟踪设备的坐标系。

在其中的一些实施例中，所述三维扫描系统还包括设置有第一定位标识的标识结构，所述标识结构与所述第二跟踪设备相对位姿固定；

所述定位设备还用于根据所述标识结构上的第一定位标识，确定所述第二跟踪设备的位姿。

在其中的一些实施例中，所述第一定位标识为非对称定位图案。

在其中的一些实施例中，所述标识结构位于所述第二跟踪设备的底部；

所述定位设备位于所述第二跟踪设备的下方，所述标识结构上的第一定位标识符处于所述定位设备的工作视野内。

在其中的一些实施例中，所述跟踪装置还包括驱动组件，所述驱动组件用于驱动所述第二跟踪设备的改变自身的位姿，以使所述第二跟踪设备对所述扫描装置的位姿进行跟踪。

在其中的一些实施例中，所述扫描装置上固定设置有第二定位标识；

所述第一跟踪设备基于所述第二定位标识，对所述扫描装置进行跟踪；

所述第二跟踪设备基于所述位置信息和所述第二定位标识，对所述扫描装置的位姿进行跟踪。

在其中的一些实施例中，所述第一跟踪设备、第二跟踪设备以及定位设备均为相机。

第二个方面，在本实施例中提供了一种三维扫描方法，用于上述第一个方面的三维扫描系统，所述方法包括：

在所述扫描装置对被测物体进行扫描，获取所述被测物体的三维数据的过程中，所述第一跟踪设备实时对所述扫描装置的位置进行跟踪，以获取所述扫描装置处于工作状态时的位置信息；

所述第二跟踪设备基于所述位置信息，通过改变自身的位姿对所述扫描装置的位姿进行跟踪，以获取所述扫描装置处于工作状态时的位姿信息，并根据所述扫描装置处于工作状态时的位姿，将所述扫描装置获取的三维数据，转换至所述第二跟踪设备坐标系下；

所述定位设备对所述第二跟踪设备的位姿进行跟踪，以在所述第二跟踪设备锁定所述扫描装置在工作状态下的位姿信息时，获取所述第二跟踪设备的位姿信息；

所述第一跟踪设备基于所述第二跟踪设备的位姿信息，将所述第二跟踪设备坐标系下的所述三维数据，转换至所述第一跟踪设备坐标系下。

在其中的一些实施例中，所述第一跟踪设备实时对所述扫描装置的位置进行跟踪，以获取所述扫描装置处于工作状态时的位置信息，包括：

在扫描装置获取所述被测物体的三维数据的过程中，所述第一跟踪设备实时搜索自身工作视野范围内所述扫描装置的第二定位标识；

所述第一跟踪设备根据实时搜索到的所述第二定位标识确定所述扫描装置处于工作状态时的位置信息。

在其中的一些实施例中，所述第二跟踪设备基于所述位置信息，通过改变自身的位姿对所述扫描装置的位姿进行跟踪，以获取所述扫描装置处于工作状态时的位姿信息，包括：

所述第二跟踪设备基于所述位置信息，调整自身的位姿，直至所述扫描装置的第二定位标识成像于所述第二跟踪设备的工作视野内；

所述第二跟踪设备根据所述扫描装置的第二定位标识在所述第二跟踪设备的工作视野内的成像，确定所述扫描装置的位姿。

在其中的一些实施例中，所述第一跟踪设备基于所述第二跟踪设备的位姿信息，将所述第二跟踪设备坐标系下的所述三维数据，转换至所述第一跟踪设备坐标系下，包括：

所述定位设备根据第一定位标识在所述定位设备工作视野中的成像，确定所述第二跟踪设备的位姿；

第一跟踪设备根据所述第二跟踪设备的位姿，以及所述定位设备与所述第一跟踪设备之间固定的坐标变换关系，得到所述第一跟踪设备与所述第二跟踪设备之间的坐标变换关系，并根据所述第一跟踪设备与所述第二跟踪设备之间的坐标变换关系，将所述第二跟踪设备坐标系下的三维数据，转换至所述第一跟踪设备坐标系下。

在其中的一些实施例中，所述方法还包括：

所述第二跟踪设备在自身位姿的变化速率超过预设的速率阈值时，暂停接收所述扫描装置获取的三维数据。

上述实施例提供了三维扫描系统和三维扫描方法，其中的三维扫描系统，包括：跟踪装置和扫描装置，其中：扫描装置用于对被测物体进行扫描；跟踪装置包括第一跟踪设备、第二跟踪设备、以及定位设备；第一跟踪设备用于对扫描装置进行跟踪，以获取扫描装置处于工作状态时的位置信息；第二跟踪设备用于基于位置信息，通过改变自身的位姿对扫描装置的位姿进行跟踪，以获取扫描装置处于工作状态时的位姿信息；定位设备，与第一跟踪设备相对位置固定；定位设备用于对第二跟踪设备的位姿进行跟踪，以在第二跟踪设备锁定扫描装置在工作状态下的位姿信息时，获取第二跟踪设备的位姿。其实现了利用工作视野满足扫描装置扫描需求的第一跟踪设备，来对扫描装置进行定位，并通过第二跟踪设备跟踪扫描装置的位姿，最后基于第一跟踪设备与第二跟踪设备之间的坐标变换关系，将三维数据进行统一，从而完成了被测物体的三维重建，增加了三维扫描系统的工作范围。

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是背景技术中提供的相关技术中双目相机共同视野示意图；

图2是本发明实施例提供的三维扫描系统的结构框图；

图3是本发明实施例提供的三维扫描方法的流程图。

具体实施方式

为更清楚地理解本申请的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例，对本申请进行了描述和说明。

除另作定义外，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应具有本申请所属技术领域具备一般技能的人所理解的一般含义。在本申请中的“一”、“一个”、“一种”、“该”、“这些”等类似的词并不表示数量上的限制，它们可以是单数或者复数。在本申请中所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”及其任何变体，其目的是涵盖不排他的包含；例如，包含一系列步骤或模块(单元)的过程、方法和系统、产品或设备并未限定于列出的步骤或模块(单元)，而可包括未列出的步骤或模块(单元)，或者可包括这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块(单元)。在本申请中所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并不限定于物理的或机械连接，而可以包括电气连接，无论是直接连接还是间接连接。在本申请中所涉及的“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。通常情况下，字符“/”表示前后关联的对象是一种“或”的关系。在本申请中所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等，只是对相似对象进行区分，并不代表针对对象的特定排序。

在本实施例中提供了一种三维扫描系统20，包括：跟踪装置22和扫描装置24，其中：扫描装置24用于对被测物体进行扫描；跟踪装置22包括第一跟踪设备221、第二跟踪设备222、以及定位设备223；第一跟踪设备221用于对扫描装置24进行跟踪，以获取扫描装置24处于工作状态时的位置信息；第二跟踪设备222用于基于位置信息，通过改变自身的位姿对扫描装置24的位姿进行跟踪，以获取扫描装置24处于工作状态时的位姿信息；定位设备223，与第一跟踪设备221相对位置固定；定位设备223用于对第二跟踪设备222的位姿进行跟踪，以在第二跟踪设备222锁定扫描装置24在工作状态下的位姿信息时，获取第二跟踪设备222的位姿。

其中，该扫描装置24可以为任意一种适用于三维扫描的相机。例如，由双目相机、激光器、光源以及标记结构组成的扫描头。该第一跟踪设备221、第二跟踪设备222以及定位设备223可以为工作视野和工作精度不同的单目相机。第一跟踪设备221、第二跟踪设备222以及定位设备223可以进行组合设置，也可以相互分离设置。另外地，第一跟踪设备221与第二跟踪设备222可以相互独立。其中，第二跟踪设备222可以设置于可移动的机械结构中，可以在该机械结构的驱动下进行旋转、俯仰等运动以调整自身位姿。另外地，定位设备223与第一跟踪设备221的位置可以相对固定，且定位设备223与第一跟踪设备221之间的坐标变换关系可以预先确定。第二跟踪设备222可以设置于定位设备223的工作视野内，在第二跟踪设备222进行旋转、俯仰等运动调整自身位姿的过程中，定位设备223可以通过对工作视野范围内的第二跟踪设备222进行跟踪，确定第二跟踪设备222的位姿。其中，该第二跟踪设备222的位姿为第二跟踪设备222相对定位设备223的位姿。

进一步地，第二跟踪设备222上可以对应设置标识结构，或者第二跟踪设备222与对应的标识结构之间相对位置固定。与第二跟踪设备222对应设置的标识结构上可以设置非对称图案，作为第一定位标识。该非对称图案包括不限于点状、线状以及其他形式。定位设备223通过跟踪第二跟踪设备222上的第一定位标识，获取该第二跟踪设备222相对定位设备223的位姿。同理，扫描装置24上也可以设置标识结构，将该标识结构上设置的定位图案可以作为第二定位标识，以便于第一跟踪设备221和第二跟踪设备222分别基于该第二定位标识对扫描装置24进行跟踪。其中，该标识结构可以设置于扫描装置24上，也可以通过刚性结构与扫描装置24相连。例如，该标识结构可以通过扫描仪骨架，与扫描装置24进行刚性连接。

此外，第一跟踪设备221用于对扫描装置24进行跟踪，第二跟踪设备222基于第一跟踪设备221对扫描装置24的跟踪结果，对扫描装置24进行跟踪以确定扫描装置24的位姿，定位设备223用于对第二跟踪设备进行跟踪，因此，在对第一跟踪设备221、第二跟踪设备222以及定位设备223进行选取时，第一跟踪设备221的工作视野可以高于第二跟踪设备222，且第二跟踪设备222的工作视野高于定位设备223。另外，第二跟踪设备222的跟踪精度可以高于第一跟踪设备221。其中，第一跟踪设备221的工作视野可以根据扫描需求而确定。

具体地，扫描装置24通过移动至不同的扫描位置，获取被测物体在扫描装置坐标系下的三维数据，其中，不同的扫描位置下对应的扫描装置坐标系是不同的，且不同扫描位置下对应的扫描装置坐标系为局部坐标系。第一跟踪设备221可以对扫描装置24进行跟踪，具体可以为在第一跟踪设备221的工作视野内，基于扫描装置24的第二定位标识对扫描装置24进行跟踪，将定位到的扫描装置24的第一定位标识的位置信息作为扫描装置24的位置信息。第二跟踪设备222根据扫描装置24的位置信息，调整自身位姿以使扫描装置24的第二定位标识成像于第二跟踪装置222的工作视野内。其中，可以通过调整第二跟踪设备222的位姿，使扫描装置24的第二定位标识尽量成像于第二跟踪设备222的工作视野的中间位置，降低第二跟踪设备222的相机镜头畸变对跟踪的精度造成的影响。

另外地，第二跟踪设备222可以在确定扫描装置24的位姿后，将扫描装置24获取的三维数据，转换至第二跟踪设备222所处的第二跟踪设备坐标系下。定位设备223通过跟踪第二跟踪设备222，确定第二跟踪设备222相对定位设备223的位姿，进而可以确定第二跟踪设备222与第一跟踪设备221之间的坐标变换关系，从而实现将第二跟踪设备坐标系下的三维数据统一至同一个全局坐标系下。其中，该全局坐标系可以为定位设备223所处的坐标系，也可以为第一跟踪设备221所处的坐标系。相比目前的跟踪式三维扫描系统采用基于双目成像的跟踪头对扫描头位姿进行跟踪，以实现被测物体三维数据的坐标系的统一，因双目视野的限制而导致的跟踪式三维扫描系统的工作范围受限的问题，基于单目相机实现的跟踪装置22，通过第一跟踪设备221、第二跟踪设备222以及定位设备223之间的协作，能够克服双目视野的限制，从而能够扩大三维扫描系统的工作范围。

上述三维扫描系统20，包括：跟踪装置22和扫描装置24，其中：扫描装置24用于对被测物体进行扫描；跟踪装置22包括第一跟踪设备221、第二跟踪设备222、以及定位设备223；第一跟踪设备221用于对扫描装置24进行跟踪，以获取扫描装置24处于工作状态时的位置信息；第二跟踪设备222用于基于位置信息，通过改变自身的位姿对扫描装置24的位姿进行跟踪，以获取扫描装置24处于工作状态时的位姿信息；定位设备223，与第一跟踪设备221相对位置固定；定位设备24用于对第二跟踪设备222的位姿进行跟踪，以在第二跟踪设备222锁定扫描装置24在工作状态下的位姿信息时，获取第二跟踪设备222的位姿。其实现了利用工作视野满足扫描装置24扫描需求的第一跟踪设备221，来对扫描装置24进行定位，并通过第二跟踪设备222跟踪扫描装置的位姿，最后基于第一跟踪设备221与第二跟踪设备222之间的坐标变换关系，将三维数据进行统一，从而完成了被测物体的三维重建，增加了三维扫描系统20的工作范围。

在一个实施例中，第一跟踪设备221的工作视野大于第二跟踪设备222的工作视野。具体地，可以根据扫描需求，选择工作视野满足实际应用场景的单目相机作为第一跟踪设备221。其中，选择工作视野相对较大的单目相机作为第一跟踪设备221，能够使第一跟踪设备221在不进行移动的情况下对扫描装置24进行跟踪，从而能够在扫描装置24移动至不同扫描位置时，分别为第二跟踪设备222提供扫描装置24所处的区域位置。

在一个实施例中，第一跟踪设备221的跟踪精度低于第二跟踪设备222的跟踪精度。将跟踪精度相对较低，但工作视野较大的第一跟踪设备221用于确定扫描装置24的位置信息，再利用跟踪精度相对较高，但工作视野较小的第二跟踪设备222基于扫描装置24的位置信息进行扫描装置24位姿的进一步确定，能够兼顾跟踪精度和工作视野，并且避免性能的冗余和生产成本的浪费。

在一个实施例中，定位设备223还用于统一第一跟踪设备221和第二跟踪设备222的坐标系。具体地，定位设备223可以根据跟踪获得的第二跟踪设备222的位姿，和第一跟踪设备221与定位设备223之间预先确定的坐标变换关系，对第一跟踪设备221和第二跟踪设备222之间的坐标系进行统一。

在一个实施例中，三维扫描系统10还包括设置有第一定位标识的标识结构，标识结构与第二跟踪设备222相对位姿固定；定位设备223还用于根据标识结构上的第一定位标识，确定第二跟踪设备222的位姿。

进一步地，在一个实施例中，第一定位标识为非对称定位图案。定位设备223基于该非对称定位图案对第二跟踪设备222进行跟踪，可以得到第二跟踪设备222的位姿的唯一解，从而能够提高对第二跟踪设备222跟踪的准确度。

另外地，在一个实施例中，标识结构位于第二跟踪设备222的底部；定位设备223位于第二跟踪设备222的下方，标识结构上的第一定位标识符处于定位设备223的工作视野内。通过将标识结构设置于第二跟踪设备222的底部，将定位设备223设置于第二跟踪设备222的下方，以使标识结构上的第一定位标识符处于定位设备223的工作视野内，能够减小跟踪装置22在结构上所占据的空间，从而减小了跟踪装置22的产品体积。

在一个实施例中，跟踪装置22还包括驱动组件，驱动组件用于驱动第二跟踪设备222的改变自身的位姿，以使第二跟踪设备222对扫描装置24的位姿进行跟踪。其中，该驱动组件可以为可移动的机械结构，第二跟踪设备222设置于该机械结构上，随该机械结构的移动在固定位置处进行旋转或俯仰等运动。

在一个实施例中，扫描装置24上固定设置有第二定位标识；第一跟踪设备221基于第二定位标识，对扫描装置24进行跟踪；第二跟踪设备222基于位置信息和第二定位标识，对扫描装置24的位姿进行跟踪。

在一个实施例中，第一跟踪设备221、第二跟踪设备222以及定位设备223均为相机。

上述三维扫描系统20，包括设置有第一定位标识的标识结构，标识结构与第二跟踪设备222相对位姿固定，定位设备223还用于根据标识结构上的第一定位标识，确定第二跟踪设备222的位姿，从而提高了定位设备223获取第二跟踪设备222的位姿的准确度；将标识结构设置于第二跟踪设备222的底部，将定位设备223设置于第二跟踪设备222的下方，从而减小跟踪装置22的结构占据的空间；通过设置驱动组件，带动第二跟踪设备222进行位姿调整，从而能够实现第二跟踪设备222基于位置信息对扫描装置24的位姿进行定位；其实现了利用工作视野满足扫描装置24扫描需求的第一跟踪设备221，来对扫描装置24进行定位，并通过第二跟踪设备222跟踪扫描装置24的位姿，最后基于第一跟踪设备221与第二跟踪设备222之间的坐标变换关系，将三维数据进行统一，从而完成了被测物体的三维重建，增加了三维扫描系统20的工作范围。

在本实施例中提供了一种三维扫描方法，图3是本实施例的三维扫描方法的流程图，如图3所示，该流程包括如下步骤：

步骤S310，在扫描装置对被测物体进行扫描，获取被测物体的三维数据的过程中，第一跟踪设备实时对扫描装置的位置进行跟踪，以获取扫描装置处于工作状态时的位置信息。

其中，扫描装置在对被测物体进行扫描的过程中，由于扫描装置本身工作视野的限制，需要扫描装置移动至不同的扫描位置对被测物体进行扫描，以获取被测物体不同方位的三维数据。第一跟踪设备能够对移动至不同扫描位置的扫描装置进行跟踪，并获取对应的位置信息。

步骤S320，第二跟踪设备基于位置信息，通过改变自身的位姿对扫描装置的位姿进行跟踪，以获取扫描装置处于工作状态时的位姿信息，并根据扫描装置处于工作状态时的位姿，将扫描装置获取的三维数据，转换至第二跟踪设备坐标系下。

步骤S330，定位设备对第二跟踪设备的位姿进行跟踪，以在第二跟踪设备锁定扫描装置在工作状态下的位姿信息时，获取第二跟踪设备的位姿信息。

具体地，扫描装置在对被测物体进行扫描过程中，扫描装置的移动速度较为均匀缓慢。若定位设备检测到第二跟踪设备的位姿变换速率低于预设的速率阈值，则认为第二跟踪设备的位姿调整完毕，可接受扫描装置获取的被测物体的三维数据。若检测到第二跟踪设备的位姿变换较为剧烈，则暂停接收扫描装置获取的三维数据。进一步地，当扫描装置在当前扫描位置下完成对被测物体局部区域的扫描后，需要从当前扫描位置移动至下一个扫描位置，继续对被测物体的其他区域进行扫描。若下一个扫描位置与当前扫描位置之间距离较长，则第二跟踪设备在对扫描装置进行位姿跟踪时，其自身的位姿会发生剧烈变化，也即该第二跟踪设备的位姿变化速率会高于预设的速率阈值。而在第二跟踪设备的位姿发生剧烈变化时，此时接收的三维数据是无效的，因此需要暂停接收扫描装置获取的三维数据。在第一跟踪设备重新对扫描装置进行跟踪，确定扫描装置在下一个扫描位置的位置信息后，第二跟踪设备能够再基于扫描装置在下一个扫描位置的位置信息，确定扫描装置的位姿，并开始接受扫描装置获取的三维数据。

步骤S340，第一跟踪设备基于第二跟踪设备的位姿信息，将第二跟踪设备坐标系下的三维数据，转换至第一跟踪设备坐标系下。其中，由于定位设备与第一跟踪设备之间相对位置固定，还可以根据定位设备获取到的第二跟踪设备的位姿，将三维数据统一至定位设备所处的定位设备坐标系下。

上述步骤S310至步骤S340，在扫描装置对被测物体进行扫描，获取被测物体的三维数据的过程中，第一跟踪设备实时对扫描装置的位置进行跟踪，以获取扫描装置处于工作状态时的位置信息；第二跟踪设备基于位置信息，通过改变自身的位姿对扫描装置的位姿进行跟踪，以获取扫描装置处于工作状态时的位姿信息，并根据扫描装置处于工作状态时的位姿，将扫描装置获取的三维数据，转换至第二跟踪设备坐标系下；定位设备对第二跟踪设备的位姿进行跟踪，以获取第二跟踪设备锁定扫描装置在工作状态下的位姿信息时，获取第二跟踪设备的位姿信息；第一跟踪设备基于第二跟踪设备的位姿信息，将第二跟踪设备坐标系下的三维数据，转换至第一跟踪设备坐标系下。其中，由于定位设备与第一跟踪设备之间相对位置固定，还可以根据定位设备获取到的第二跟踪设备的位姿，将三维数据统一至定位设备所处的定位设备坐标系下；其实现了利用工作视野满足扫描装置扫描需求的第一跟踪设备，来对扫描装置进行定位，并通过第二跟踪设备跟踪扫描装置的位姿，最后基于第一跟踪设备与第二跟踪设备之间的坐标变换关系，将三维数据进行统一，从而完成了被测物体的三维重建，增加了三维扫描系统的工作范围。

进一步地，在一个实施例中，基于上述步骤S310，第一跟踪设备实时对扫描装置的位置进行跟踪，以获取扫描装置处于工作状态时的位置信息，具体包括以下步骤：

步骤S311，在扫描装置获取被测物体的三维数据的过程中，第一跟踪设备实时搜索自身工作视野范围内扫描装置的第二定位标识。

其中，第一跟踪设备可以预先获取扫描装置的第二定位标识，基于该第二定位标识中各标记点的拓扑关系，在自身工作视野范围内定位该第二定位标识。

步骤S322，第一跟踪设备根据实时搜索到的第二定位标识确定扫描装置处于工作状态时的位置信息。

另外地，在一个实施例中，基于上述步骤S320，第二跟踪设备基于位置信息，通过改变自身的位姿对扫描装置的位姿进行跟踪，以获取扫描装置处于工作状态时的位姿信息，具体包括以下步骤：

步骤S321，第二跟踪设备基于位置信息，调整自身的位姿，直至扫描装置的第二定位标识成像于第二跟踪设备的工作视野内；

步骤S322，第二跟踪设备根据扫描装置的第二定位标识在第二跟踪设备的工作视野内的成像，确定扫描装置的位姿。

在一个实施例中，基于上述步骤S340，第一跟踪设备基于第二跟踪设备的位姿信息，将第二跟踪设备坐标系下的三维数据，转换至第一跟踪设备坐标系下，具体包括以下步骤：

步骤S341，定位设备根据第一定位标识在定位设备工作视野中的成像，确定第二跟踪设备的位姿；

步骤S342，第一跟踪设备根据第二跟踪设备的位姿，以及定位设备与第一跟踪设备之间固定的坐标变换关系，得到第一跟踪设备与第二跟踪设备之间的坐标变换关系，并根据第一跟踪设备与第二跟踪设备之间的坐标变换关系，将第二跟踪设备坐标系下的三维数据，转换至第一跟踪设备坐标系下。

在一个实施例中，上述方法还包括以下步骤：

步骤S323，第二跟踪设备在自身位姿的变化速率超过预设的速率阈值时，暂停接收扫描装置获取的三维数据。

其中，在第二跟踪设备通过调整自身位姿跟踪扫描装置的位姿时，在扫描装置的移动距离过大时，第二跟踪设备进行跟踪的过程中自身位姿的变化剧烈，从而自身位姿的变化速率超过预设的速率阈值，在这种情况下，第二跟踪设备需要暂停接收扫描装置获取的三维数据。在第一跟踪设备获取扫描装置移动后的位置信息后，第二跟踪设备重新获取扫描装置的位姿，并接收该扫描装置获取的被测物体的三维数据。

上述步骤S310至步骤S342，在扫描装置获取被测物体的三维数据的过程中，利用第一跟踪设备根据实时搜索到的第二定位标识确定扫描装置处于工作状态时的位置信息；定位设备根据第一定位标识在定位设备工作视野中的成像，确定第二跟踪设备的位姿，第一跟踪设备根据第二跟踪设备的位姿，以及定位设备与跟踪设备之间固定的坐标变换关系，得到第一跟踪设备与第二跟踪设备之间的坐标变换关系，并根据第一跟踪设备与第二跟踪设备之间的坐标变换关系，将第二跟踪设备坐标系下的三维数据，转换至第一跟踪设备坐标系下；其实现了利用工作视野满足扫描装置扫描需求的第一跟踪设备，来对扫描装置进行定位，并通过第二跟踪设备跟踪扫描装置的位姿，最后基于第一跟踪设备与第二跟踪设备之间的坐标变换关系，将三维数据进行统一，从而完成了被测物体的三维重建，增加了三维扫描系统的工作范围。

应该明白的是，这里描述的具体实施例只是用来解释这个应用，而不是用来对它进行限定。根据本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在不进行创造性劳动的情况下得到的所有其它实施例，均属本申请保护范围。

显然，附图只是本申请的一些例子或实施例，对本领域的普通技术人员来说，也可以根据这些附图将本申请适用于其他类似情况，但无需付出创造性劳动。另外，可以理解的是，尽管在此开发过程中所做的工作可能是复杂和漫长的，但是，对于本领域的普通技术人员来说，根据本申请披露的技术内容进行的某些设计、制造或生产等更改仅是常规的技术手段，不应被视为本申请公开的内容不足。

“实施例”一词在本申请中指的是结合实施例描述的具体特征、结构或特性可以包括在本申请的至少一个实施例中。该短语出现在说明书中的各个位置并不一定意味着相同的实施例，也不意味着与其它实施例相互排斥而具有独立性或可供选择。本领域的普通技术人员能够清楚或隐含地理解的是，本申请中描述的实施例在没有冲突的情况下，可以与其它实施例结合。

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专利保护范围的限制。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，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (15)

1.一种三维扫描系统，其特征在于，所述三维扫描系统包括：跟踪装置和扫描装置，其中：

所述扫描装置用于对被测物体进行扫描；

所述跟踪装置包括第一跟踪设备、第二跟踪设备、以及定位设备；

所述第一跟踪设备用于对所述扫描装置进行跟踪，以获取所述扫描装置处于工作状态时的位置信息；

所述第二跟踪设备用于基于所述位置信息，通过改变自身的位姿对所述扫描装置的位姿进行跟踪，以获取所述扫描装置处于工作状态时的位姿信息；

所述定位设备，与所述第一跟踪设备的相对位置固定；所述定位设备用于对所述第二跟踪设备的位姿进行跟踪，以在所述第二跟踪设备锁定所述扫描装置在工作状态下的位姿信息时，获取所述第二跟踪设备的位姿。

2.根据权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，所述第一跟踪设备的工作视野大于所述第二跟踪设备的工作视野。

3.根据权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，所述第一跟踪设备的跟踪精度低于所述第二跟踪设备的跟踪精度。

4.根据权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，所述定位设备还用于统一所述第一跟踪设备和所述第二跟踪设备的坐标系。

5.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设置有第一定位标识的标识结构，所述标识结构与所述第二跟踪设备相对位姿固定；

所述定位设备还用于根据所述标识结构上的第一定位标识，确定所述第二跟踪设备的位姿。

6.根据权利要求5所述的三维扫描系统，其特征在于，所述第一定位标识为非对称定位图案。

7.根据权利要求5所述的三维扫描系统，其特征在于，所述标识结构位于所述第二跟踪设备的底部；

所述定位设备位于所述第二跟踪设备的下方，所述标识结构上的第一定位标识符处于所述定位设备的工作视野内。

8.根据权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，所述跟踪装置还包括驱动组件，所述驱动组件用于驱动所述第二跟踪设备的改变自身的位姿，以使所述第二跟踪设备对所述扫描装置的位姿进行跟踪。

9.根据权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，所述扫描装置上固定设置有第二定位标识；

所述第一跟踪设备基于所述第二定位标识，对所述扫描装置进行跟踪；

所述第二跟踪设备基于所述位置信息和所述第二定位标识，对所述扫描装置的位姿进行跟踪。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的三维扫描系统，其特征在于，所述第一跟踪设备、第二跟踪设备以及定位设备均为相机。

11.一种三维扫描方法，用于权利要求1至10中任一项所述的三维扫描系统，其特征在于，所述方法包括：

在所述扫描装置对被测物体进行扫描，获取所述被测物体的三维数据的过程中，所述第一跟踪设备实时对所述扫描装置的位置进行跟踪，以获取所述扫描装置处于工作状态时的位置信息；

所述第二跟踪设备基于所述位置信息，通过改变自身的位姿对所述扫描装置的位姿进行跟踪，以获取所述扫描装置处于工作状态时的位姿信息，并根据所述扫描装置处于工作状态时的位姿，将所述扫描装置获取的三维数据，转换至所述第二跟踪设备坐标系下；

所述定位设备对所述第二跟踪设备的位姿进行跟踪，以在所述第二跟踪设备锁定所述扫描装置在工作状态下的位姿信息时，获取所述第二跟踪设备的位姿信息；

所述第一跟踪设备基于所述第二跟踪设备的位姿信息，将所述第二跟踪设备坐标系下的所述三维数据，转换至所述第一跟踪设备坐标系下。

12.根据权利要求11所述的三维扫描方法，其特征在于，所述第一跟踪设备实时对所述扫描装置的位置进行跟踪，以获取所述扫描装置处于工作状态时的位置信息，包括：

在所述扫描装置获取所述被测物体的三维数据的过程中，所述第一跟踪设备实时搜索自身工作视野范围内所述扫描装置的第二定位标识；

所述第一跟踪设备根据实时搜索到的所述第二定位标识确定所述扫描装置处于工作状态时的位置信息。

13.根据权利要求11所述的三维扫描方法，其特征在于，所述第二跟踪设备基于所述位置信息，通过改变自身的位姿对所述扫描装置的位姿进行跟踪，以获取所述扫描装置处于工作状态时的位姿信息，包括：

所述第二跟踪设备基于所述位置信息，调整自身的位姿，直至所述扫描装置的第二定位标识成像于所述第二跟踪设备的工作视野内；

所述第二跟踪设备根据所述扫描装置的第二定位标识在所述第二跟踪设备的工作视野内的成像，确定所述扫描装置的位姿。

14.根据权利要求11所述的三维扫描方法，其特征在于，所述第一跟踪设备基于所述第二跟踪设备的位姿信息，将所述第二跟踪设备坐标系下的所述三维数据，转换至所述第一跟踪设备坐标系下，包括：

所述定位设备根据第一定位标识在所述定位设备工作视野中的成像，确定所述第二跟踪设备的位姿；

所述第一跟踪设备根据所述第二跟踪设备的位姿，以及所述定位设备与所述第一跟踪设备之间固定的坐标变换关系，得到所述第一跟踪设备与所述第二跟踪设备之间的坐标变换关系，并根据所述第一跟踪设备与所述第二跟踪设备之间的坐标变换关系，将所述第二跟踪设备坐标系下的三维数据，转换至所述第一跟踪设备坐标系下。

15.根据权利要求11所述的三维扫描方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述第二跟踪设备在自身位姿的变化速率超过预设的速率阈值时，暂停接收所述扫描装置获取的三维数据。

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