CN114234838B - 一种3d扫描方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种3D扫描方法及装置，包括：获取转台处于第一状态时的第一数据帧，第一状态为转台空置时的状态，根据第一数据帧识别出转台对应的空置空间区域，增加空置空间区域的高度，得到工作空间区域，获取转台处于第二状态时的第二数据帧，第二状态为转台放置被扫描物体时的状态，根据工作空间区域对应的坐标范围，从第二数据帧中删除位于坐标范围外的数据，得到第三数据帧，将多帧第三数据帧进行拼接，得到被扫描物体对应的三维模型。通过识别出转台对应的空置空间区域，并删除转台对应的空置空间区域外的干扰数据，减少了无用数据的干扰导致的拼接错误，从而保证在转台扫描过程中，扫描数据的正确拼接，减少了拼接时间，提高了拼接准确率。

Description

一种3D扫描方法及装置

技术领域

本申请涉及3D扫描技术领域，特别涉及为一种3D扫描方法及装置。

背景技术

三维扫描仪分为转扫和手扫两种工作模式，三维扫描仪在以转扫模式进行工作时，扫描方式与手持扫描模式不同之处在于扫描仪硬件本身固定在三角支架上方，而被扫描物体稳定摆放在转台托盘，由于转台摆放在基准台面(如地面，工作台等)，加上扫描幅面比较大，扫描过程中，数据帧中会有目标被扫描物体以外的大量重复台面数据或者转台周边的噪点数据等影响实时拼接效果的数据被扫到，导致扫描数据每一帧都存在大量基准台面重复叠加，导致实际扫描的模型数据在多个单帧数据实时拼接过程中出现拼接错误。

现有转台模式扫描设备一般有两种，一是转台和扫描仪一体化组装，组装好后，进行设备标定，识别出转台和扫描仪的空间位置关系，从而判断出有效数据和噪点数据。二是转台上粘贴特殊的编码标记点，通过几个特殊编码标记点数据拟合出转台表面。

这两种方式都不够灵活和方便，前者使用前需要每次重新标定，后者需要粘贴特殊的标记点。无法简单方便地识别转台扫描仪的转台平面从而去除干扰数据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种3D扫描方法及装置，解决了无法简单方便地识别转台扫描仪的转台平面从而去除干扰数据的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，提供一种3D扫描方法，所述方法包括：

获取转台处于第一状态时的第一数据帧，所述第一状态为转台空置时的状态；

根据所述第一数据帧识别所述转台对应的空置空间区域；

增加所述空置空间区域的高度，得到工作空间区域；

获取转台处于第二状态时的第二数据帧，所述第二状态为转台放置被扫描物体时的状态；

根据所述工作空间区域对应的坐标范围，从所述第二数据帧中删除位于所述坐标范围外的数据，得到第三数据帧；

将多帧所述第三数据帧进行拼接，得到被扫描物体对应的三维模型。

第二方面，提供一种3D扫描装置，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取转台处于第一状态时的第一数据帧，所述第一状态为转台空置时的状态；

识别模块，用于根据所述第一数据帧识别所述转台对应的空置空间区域；

增加模块，用于增加所述空置空间区域的高度，得到工作空间区域；

第二获取模块，用于获取转台处于第二状态时的第二数据帧，所述第二状态为转台放置被扫描物体时的状态；

删除模块，用于根据所述工作空间区域对应的坐标范围，从所述第二数据帧中删除位于所述坐标范围外的数据，得到第三数据帧；

拼接模块，用于将多帧所述第三数据帧进行拼接，得到被扫描物体对应的三维模型。

上述3D扫描方法及装置，通过获取转台处于第一状态时的第一数据帧，所述第一状态为转台空置时的状态，根据第一数据帧识别出转台对应的空置空间区域，从而删除被第二数据帧中的干扰数据，得到被扫描物体第三数据帧，将被扫描物体第三数据帧拼接，得到被扫描物体的扫描模型。通过识别出转台对应的空置空间区域，并删除转台对应的空置空间区域外的干扰数据，减少了无用数据的干扰导致的拼接错误，从而保证在转台扫描过程中，扫描数据的正确拼接，减少了拼接时间，提高了拼接准确率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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。

其中：

图1为一个实施例中3D扫描方法的流程图；

图2为一个实施例中3D扫描装置的结构框图；

图3为一个实施例中计算机设备的内部结构图；

图4为一个实施例中3D扫描装置工作图；

图5为一个实施例中3D扫描装置工作图；

图6为一个实施例中3D扫描装置工作图；

图7为一个实施例中3D扫描方法示意图；

图8为一个实施例中3D扫描方法示意图；

图9为一个实施例中3D扫描方法示意图。

具体实施方式

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。

下面将结合本申请的实施例中的附图，对本申请的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”、“包含”和“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，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。在本申请的权利要求书、说明书以及说明书附图中的术语，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体/操作/对象与另一个实体/操作/对象区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体/操作/对象之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

在本文中提及“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，也不是与其他实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其他实施例相结合。

在一个实施例中，现有技术如转台和扫描仪一体化组装，组装好后，进行设备标定，识别出转台和扫描仪的空间位置关系，从而判断出有效数据和噪点数据。二是转台上粘贴特殊的编码标记点，通过几个特殊编码标记点数据拟合出转台表面。这些处理方法复杂且需要人工操作，容易出错。由于被扫描物体往往是不规则物体，因此直接识别出被扫描物体的空间坐标区域是很难的，无法直接识别出被扫描物体的空间坐标区域，也就无法通过删除被扫描物体的空间坐标区域以外的数据来排除干扰数据，就会导致模型拼接错误。

如图1所示，提出了一种3D扫描方法，上述方法具体包括如下步骤：

步骤101，获取转台处于第一状态时的第一数据帧，所述第一状态为转台空置时的状态。

其中，如图7所示，转台扫描仪包括转台和扫描仪两部分，扫描仪固定不动，转台转动，放置在转台上的被扫描物体跟着转台转动。在本实施例中，转台处于第一状态，此时转台空置。具体为，扫描仪每扫描一次，会生成一个数据帧，扫描仪在扫描时随着转台的转动获取转台不同角度的数据帧，此时获取转台处于第一状态时的第一数据帧。

步骤102，根据所述第一数据帧识别所述转台对应的空置空间区域。

其中，如图4所示，扫描仪扫描转台的不同角度获取转台不同角度的数据帧，通过在转台数据帧中设置阈值区域，该阈值区域覆盖转台对应的空置空间区域，当转台空置时，扫描仪扫描转台，得到转台的数据帧，由于转台的数据帧是由点云数据组成，其中包含了转台的位置坐标信息，因此系统识别出的转台平面是由许多个坐标组成的一个空间区域。当阈值区域的空间区域大于转台对应的空置空间区域时，转台对应的空置空间区域被完全被阈值区域覆盖，阈值区域可以根据实际需要自行设计，目的在于将转台对应的空置空间区域包含在内。提取扫描仪识别生成的所有转台数据帧中处于阈值区域内的扫描数据，对这些扫描数据进行两次平面拟合，得到平面数据。如图5所示，将转台数据帧中与上述平面数据重合的数据标记出来，例如用红色将重合的数据标记起来。判断根据标记的数据组成的平面对应的空间区域是否与转台对应的空置空间区域完全对应，如果对应的话，判定识别出所述转台对应的空置空间区域。通过根据第一数据帧进行一系列处理最终识别出转台对应的空置空间区域，从而便于后续除去干扰数据。

步骤103，增加所述空置空间区域的高度，得到工作空间区域。

其中，如图9所示，在步骤102中识别出了转台对应的空置空间区域，该空置空间区域是转台平面的数据集合，通过增加不同高度的坐标，即对这些数据的X坐标、Y坐标不做改变，改变转台平面的数据集合的Z坐标，将这些改变Z坐标的坐标添加到转台平面的数据集合中，使转台平面由一个平面区域变成一个立体区域，增加的高度要大于被扫描物体的高度。可以根据实际需要增加空置空间区域的高度。例如，被扫描的物体高度为50cm，可以将空置空间区域的高度设置为60cm。当然，也可以将空置空间区域的高度设置为扫描仪视场最高点的高度值，即扫描仪所能获取的最高点的高度值。

步骤104，获取转台处于第二状态时的第二数据帧，所述第二状态为转台放置被扫描物体时的状态。

其中，如图6和图8所示，此时，将被扫描物体放置在转台上，获取转台处于第二状态时的第二数据帧，第二状态为转台放置被扫描物体时的状态。随着转台地转动而转动，扫描仪获取被扫描物体不同角度的数据帧。

步骤105，根据所述工作空间区域对应的坐标范围，从所述第二数据帧中删除位于所述坐标范围外的数据，得到第三数据帧。

其中，由于工作空间区域是有由坐标组成的，这些坐标集合有一个坐标范围。删除所有数据帧中位于坐标范围外的数据即干扰数据，保留工作空间区域内的数据，被扫描物体的扫描数据全部位于该工作空间区域内，得到被扫描物体准确数据帧。将干扰数据删除，避免无用数据对拼接的影响导致拼接错误。

步骤106，将多帧所述第三数据帧进行拼接，得到被扫描物体对应的三维模型。

其中，将被扫描物体的第三数据帧进行拼接处理，得到被扫描物体的扫描模型。

上述3D扫描方法，通过获取转台处于第一状态时的第一数据帧，所述第一状态为转台空置时的状态，根据第一数据帧识别出转台对应的空置空间区域，从而删除被第二数据帧中的干扰数据，得到被扫描物体的第三数据帧，将被扫描物体的第三数据帧拼接，得到被扫描物体的扫描模型。通过识别出转台对应的空置空间区域，并删除转台对应的空置空间区域外的干扰数据，减少了无用数据的干扰导致的拼接错误，从而保证在转台扫描过程中，扫描数据的正确拼接，减少了拼接时间，提高了拼接准确率。

在一个实施例中，在所述获取转台处于第一状态时的第一数据帧，所述第一状态为转台空置时的状态之后，还包括：在显示器上显示所述第一数据帧。

其中，当扫描仪获取转台处于第一状态时的第一数据帧，所述第一状态为转台空置时的状态之后，将第一数据帧发送到显示器，显示器实时显示扫描过程，便于及时发现转台是否位于扫描仪扫描中心，及时进行调整，避免扫描出错。

在一个实施例中，在所述获取转台处于第二状态时的第二数据帧，所述第二状态为转台放置被扫描物体时的状态之后，还包括：在显示器上显示所述被第二数据帧。

其中，当扫描仪获取转台处于第二状态时的第二数据帧，所述第二状态为转台放置被扫描物体时的状态之后，将被第二数据帧发送到显示器，显示器实时显示扫描过程，便于及时发现被扫描物体是否位于扫描仪扫描中心，及时进行调整，避免扫描出错。

在一个实施例中，所述根据所述第一数据帧识别所述转台对应的空置空间区域，包括：在所述第一数据帧中设置阈值区域，所述阈值区域覆盖所述转台对应的空置空间区域；提取处于阈值区域内的扫描数据；对所述处于阈值区域内的扫描数据进行平面拟合处理得到平面数据；将所述第一数据帧中与所述平面数据重合的数据标记；判断根据所述标记的数据组成的平面对应的空间区域是否与转台对应的空置空间区域完全对应；若是，判定识别出所述转台对应的空置空间区域。

其中，扫描仪扫描转台的不同角度获取转台不同角度的数据帧，通过在转台数据帧中设置阈值区域，该阈值区域覆盖转台对应的空置空间区域，当转台空置时，扫描仪扫描转台，得到转台的数据帧，由于转台的数据帧是由点云数据组成，其中包含了转台的位置坐标信息，因此系统识别出的转台平面是由许多个坐标组成的一个空间区域。当阈值区域的空间区域大于转台对应的空置空间区域时，转台对应的空置空间区域被完全被阈值区域覆盖，阈值区域可以根据实际需要自行设计，目的在于将转台对应的空置空间区域包含在内。提取扫描仪识别生成的所有转台数据帧中处于阈值区域内的扫描数据，对这些扫描数据进行两次平面拟合，得到平面数据。将转台数据帧中与上述平面数据重合的数据标记出来，例如用红色将重合的数据标记起来。判断根据标记的数据组成的平面对应的空间区域是否与转台对应的空置空间区域完全对应，如果对应的话，判定识别出所述转台对应的空置空间区域。通过根据第一数据帧进行一系列处理最终识别出转台对应的空置空间区域，从而便于后续除去干扰数据。

在一个实施例中，在所述将多帧所述第三数据帧进行拼接，得到被扫描物体对应的三维模型之后，还包括：判断所述扫描模型是否完整；若否，获取改变姿态后的被扫描物体的改变姿态后的第二数据帧，所述第二状态为转台放置被扫描物体时的状态；根据所述工作空间区域对应的坐标范围，从所述第二数据帧中删除位于所述坐标范围外的数据，得到第三数据帧；将多帧所述第三数据帧进行拼接，得到改变姿态后的被扫描物体对应的三维模型。

其中，将被扫描物体第三数据帧拼接，得到所述被扫描物体的扫描模型往往是不完整的，对于复杂的物体，一次扫描通常无法获取完整扫描模型，需要进行多次不同姿态的扫描，获取完整的扫描模型。判断扫描模型是否完整，如果完整的话，将该模型作为最终的模型。如果不完整的话，改变被扫描物体的姿态，重新进行扫描，重新扫描时同样会删除被第二数据帧中的干扰数据，得到改变姿态后的被扫描物体第三数据帧，再对这些数据进行拼接得到不同姿态的扫描模型。再判断该改变姿态后的被扫描物体的扫描模型是否完整，若不完整，继续上述生成不同姿态被扫描物体的扫描模型的步骤，直到模型完整为止。通过判断扫描模型是否完整，并根据判断结果对不同姿态的被扫描物体重新扫描，直到生成完整的扫描模型。

如图2所示，提出了一种3D扫描装置，包括：

第一获取模块201，用于获取转台处于第一状态时的第一数据帧，所述第一状态为转台空置时的状态；

识别模块202，用于根据所述第一数据帧识别所述转台对应的空置空间区域；

增加模块203，用于增加所述空置空间区域的高度，得到工作空间区域；

第二获取模块204，用于获取转台处于第二状态时的第二数据帧，所述第二状态为转台放置被扫描物体时的状态；

删除模块205，用于根据所述工作空间区域对应的坐标范围，从所述第二数据帧中删除位于所述坐标范围外的数据，得到第三数据帧；

拼接模块206，用于将多帧所述第三数据帧进行拼接，得到被扫描物体对应的三维模型。

在一个实施例中，所述装置还包括：第一显示模块，用于在显示器上显示所述第一数据帧。

在一个实施例中，所述装置还包括：第二显示模块，用于在显示器上显示所述被第二数据帧。

在一个实施例中，所述识别模块202还用于在所述第一数据帧中设置阈值区域，所述阈值区域覆盖所述转台对应的空置空间区域；提取处于阈值区域内的扫描数据；对所述处于阈值区域内的扫描数据进行平面拟合处理得到平面数据；将所述第一数据帧中与所述平面数据重合的数据标记；判断根据所述标记的数据组成的平面对应的空间区域是否与转台对应的空置空间区域完全对应；若是，判定识别出所述转台对应的空置空间区域。

在一个实施例中，所述装置还包括：判断模块，用于判断所述扫描模型是否完整；若否，获取改变姿态后的被扫描物体的改变姿态后的第二数据帧，所述第二状态为转台放置被扫描物体时的状态；根据所述工作空间区域对应的坐标范围，从所述第二数据帧中删除位于所述坐标范围外的数据，得到第三数据帧；将多帧所述第三数据帧进行拼接，得到改变姿态后的被扫描物体对应的三维模型。

如图3所示，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该计算机设备的非易失性存储介质有存储操作系统，还可有存储计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器实现上述的3D扫描方法。该内存储器中也可储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行上述的3D扫描方法。本领域技术人员可以理解，图3中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的设备的限定，具体的设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器有存储计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述3D扫描方法的步骤。

在一个实施例中，提出了一种计算机可读存储介质，有存储计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行上述3D扫描方法的步骤。

可以理解的是，上述3D扫描方法、装置、计算机设备以及计算机可读存储介质属于一个总的发明构思，实施例可相互适用。

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，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，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本申请专利范围的限制。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 (8)

1.一种3D扫描方法，其特征在于，所述方法包括：

获取转台处于第一状态时的第一数据帧，所述第一状态为转台空置时的状态；

根据所述第一数据帧识别出所述转台对应的空置空间区域；所述根据所述第一数据帧识别出所述转台对应的空置空间区域，包括：在所述第一数据帧中设置阈值区域，所述阈值区域覆盖所述转台对应的空置空间区域；提取处于阈值区域内的扫描数据；对所述处于阈值区域内的扫描数据进行平面拟合处理得到平面数据；将所述第一数据帧中与所述平面数据重合的数据标记；判断根据所述标记的数据组成的平面对应的空间区域是否与转台对应的空置空间区域完全对应；若是，判定识别出所述转台对应的空置空间区域；

增加所述空置空间区域的高度，得到工作空间区域；

获取转台处于第二状态时的第二数据帧，所述第二状态为转台放置被扫描物体时的状态；

根据所述工作空间区域对应的坐标范围，从所述第二数据帧中删除位于所述坐标范围外的数据，得到第三数据帧；

将多帧所述第三数据帧进行拼接，得到被扫描物体对应的三维模型。

2.根据权利要求1所述的3D扫描方法，其特征在于，在所述获取转台处于第一状态时的第一数据帧，所述第一状态为转台空置时的状态之后，还包括：

在显示器上显示所述第一数据帧。

3.根据权利要求1所述的3D扫描方法，其特征在于，在所述获取转台处于第二状态时的第二数据帧，所述第二状态为转台放置被扫描物体时的状态之后，还包括：

在显示器上显示所述第二数据帧。

4.根据权利要求1所述的3D扫描方法，其特征在于，在所述将多帧所述第三数据帧进行拼接，得到被扫描物体对应的三维模型之后，还包括：

判断扫描模型是否完整；

若否，获取改变姿态后的被扫描物体的改变姿态后的第二数据帧，所述第二状态为转台放置被扫描物体时的状态；

根据所述工作空间区域对应的坐标范围，从所述第二数据帧中删除位于所述坐标范围外的数据，得到第三数据帧；

将多帧所述第三数据帧进行拼接，得到改变姿态后的被扫描物体对应的三维模型。

5.一种3D扫描装置，其特征在于，所述3D扫描装置包括：

第一获取模块，用于获取转台处于第一状态时的第一数据帧，所述第一状态为转台空置时的状态；

识别模块，用于根据所述第一数据帧识别所述转台对应的空置空间区域；在所述第一数据帧中设置阈值区域，所述阈值区域覆盖所述转台对应的空置空间区域；提取处于阈值区域内的扫描数据；对所述处于阈值区域内的扫描数据进行平面拟合处理得到平面数据；将所述第一数据帧中与所述平面数据重合的数据标记；判断根据所述标记的数据组成的平面对应的空间区域是否与转台对应的空置空间区域完全对应；若是，判定识别出所述转台对应的空置空间区域；

增加模块，用于增加所述空置空间区域的高度，得到工作空间区域；

第二获取模块，用于获取转台处于第二状态时的第二数据帧，所述第二状态为转台放置被扫描物体时的状态；

删除模块，用于根据所述工作空间区域对应的坐标范围，从所述第二数据帧中删除位于所述坐标范围外的数据，得到第三数据帧；

拼接模块，用于将多帧所述第三数据帧进行拼接，得到被扫描物体对应的三维模型。

6.根据权利要求5所述的3D扫描装置，其特征在于，所述装置还包括：

第一显示模块，用于在显示器上显示所述第一数据帧。

7.根据权利要求5所述的3D扫描装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二显示模块，用于在显示器上显示所述第二数据帧。

8.根据权利要求5所述的3D扫描装置，其特征在于，所述拼接模块还用于：

判断扫描模型是否完整；

若否，获取改变姿态后的被扫描物体的改变姿态后的第二数据帧，所述第二状态为转台放置被扫描物体时的状态；

根据所述工作空间区域对应的坐标范围，从所述第二数据帧中删除位于所述坐标范围外的数据，得到第三数据帧；

将多帧所述第三数据帧进行拼接，得到改变姿态后的被扫描物体对应的三维模型。