CN116136396A - 基于跟踪扫描系统的三维扫描方法和跟踪扫描系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于跟踪扫描系统的三维扫描方法和跟踪扫描系统，其中，该三维扫描方法包括：获取被测对象的边界三维信息；基于边界三维信息，确定跟踪范围，以使扫描装置在跟踪范围内对被测对象进行三维扫描；其中，该跟踪范围能覆盖扫描装置对被测对象进行扫描的扫描范围。其能够获取被测对象的边界三维信息，并基于被测对象的边界三维信息确定当前的跟踪范围能够满足对该被测对象进行跟踪式扫描的要求，对跟踪范围的确定更加直观、准确，从而能够避免对跟踪装置的反复调节，进而能够提高跟踪式三维扫描整体的效率。

Description

基于跟踪扫描系统的三维扫描方法和跟踪扫描系统

技术领域

本申请涉及三维扫描技术领域，特别是涉及基于跟踪扫描系统的三维扫描方法和跟踪扫描系统。

背景技术

目前，在跟踪式三维扫描过程中，往往在扫描头对被测对象进行扫描之前，需要人工从跟踪头处观察被测对象的位置，来预估被测对象在跟踪头视野中的位置是否符合跟踪要求，进而基于符合跟踪要求的位置完成对被测对象的跟踪式三维扫描。该种现有方式通过人眼预估位置，较为依赖人的经验，且需要反复尝试和调节跟踪头，以预估被测对象与跟踪装置的相对位置是否符合跟踪要求，导致跟踪式三维扫描的整体效率较低。

针对相关技术中存在跟踪式三维扫描的整体效率较低的问题，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基于跟踪扫描系统的三维扫描方法和跟踪扫描系统，以解决相关技术中跟踪式三维扫描的整体效率较低的问题。

第一个方面，在本实施例中提供了一种基于跟踪扫描系统的三维扫描方法，其中，所述跟踪扫描系统包括跟踪装置和扫描装置，所述方法包括：

获取被测对象的边界三维信息；

基于所述边界三维信息，确定跟踪范围，以使所述扫描装置在所述跟踪范围内对所述被测对象进行三维扫描；其中，所述跟踪范围能覆盖所述扫描装置对所述被测对象进行扫描的扫描范围。

在其中的一些实施例中，所述跟踪扫描系统还包括图案投影器；所述获取被测对象的边界三维信息，包括：

基于所述图案投影器对所述被测对象投射的特征图案，对所述被测对象进行预扫描，得到所述被测对象的边界三维信息。

在其中的一些实施例中，所述特征图案为激光线，所述跟踪扫描系统还包括转动机构，所述图案投影器通过转动机构驱动转动，并在转动过程中向所述被测对象投射特征图案。

在其中的一些实施例中，所述基于所述边界三维信息，确定跟踪范围，包括：

基于所述边界三维信息，确定当前跟踪范围；

在确定所述当前跟踪范围覆盖所述扫描装置对所述被测对象进行扫描的扫描范围的情况下，将所述当前跟踪范围确定为跟踪范围。

在其中的一些实施例中，所述基于所述边界三维信息，确定跟踪范围，包括：

基于所述边界三维信息，确定当前跟踪范围；

在确定所述当前跟踪范围未覆盖所述扫描装置对所述被测对象的扫描范围的情况下，调节所述当前跟踪范围，直至所述当前跟踪范围覆盖所述扫描装置对所述被测对象进行扫描的扫描范围；

将调节后的所述当前跟踪范围确定为跟踪范围。

在其中的一些实施例中，所述调节所述当前跟踪范围，包括：

调节所述跟踪装置的跟踪位置；

和/或，

调节所述跟踪装置的数量。

在其中的一些实施例中，所述方法还包括：

获取所述预扫描过程得到所述被测对象的第一扫描数据；

输出对所述扫描装置的跟踪结果，以使控制端基于所述跟踪结果以及所述扫描装置对所述被测对象的扫描结果，得到所述被测对象的第二扫描数据；

基于所述第一扫描数据和所述第二扫描数据，得到所述被测对象的目标扫描数据。

第二个方面，在本实施例中提供了一种跟踪扫描系统，包括：

扫描装置，用于获取被测对象表面的三维数据，并生成扫描结果；

跟踪装置，用于执行上述第一个方面所述的基于跟踪扫描系统的三维扫描方法。

在其中的一些实施例中，所述跟踪扫描系统还包括图案投影器，所述跟踪装置包括图像传感器；

所述图案投影器，用于对所述被测对象投射特征图案；

所述图像传感器，用于基于所述图案投影器对所述被测对象投射的特征图案，对所述被测对象进行预扫描，得到所述被测对象的边界三维信息；还用于对所述扫描装置的位姿进行跟踪。

在其中的一些实施例中，所述跟踪扫描系统还包括转动机构；

所述转动机构，用于驱动所述图案投影器转动，以使所述图案投影器投射的特征图案扫过所述跟踪范围中的所述被测对象。

在其中的一些实施例中，所述图案投影器和所述转动机构均设置于所述跟踪装置上。

与相关技术相比，在本实施例中提供的基于跟踪扫描系统的三维扫描方法和跟踪扫描系统，通过获取被测对象的边界三维信息；基于边界三维信息，确定跟踪范围，以使扫描装置在跟踪范围内对被测对象进行三维扫描；其中，跟踪范围能覆盖扫描装置对被测对象进行扫描的扫描范围。其能够获取被测对象的边界三维信息，并基于被测对象的边界三维信息确定当前的跟踪范围能够满足对该被测对象进行跟踪式扫描的要求，对跟踪范围的确定更加直观、准确，从而能够避免对跟踪装置的反复调节，进而能够提高跟踪式三维扫描整体的效率。

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是本实施例的基于跟踪扫描系统的三维扫描方法的应用场景图；

图2是本实施例的三维扫描方法的流程图；

图3是本实施例的一种跟踪装置的结构示意图；

图4是本优选实施例的用于跟踪扫描系统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。

在本实施例中提供的方法实施例可以在跟踪扫描系统中的跟踪装置中执行。图1是本实施例的基于跟踪扫描系统的三维扫描方法的应用场景图。如图1所示，该跟踪扫描系统包括跟踪装置101和扫描装置102；其中，扫描装置102用于对被测对象103进行扫描，获得针对该被测对象103的扫描结果。跟踪装置101用于对扫描装置102进行跟踪。最终，基于跟踪装置101对扫描装置102的跟踪结果，以及扫描装置102对被测对象103的扫描结果，得到该被测对象103的三维扫描的扫描数据。进一步地，在本实施例中，跟踪装置101获取被测对象103的边界三维信息，并基于该边界三维信息，确定跟踪范围。扫描装置102在上述确定的跟踪范围内，对被测对象103进行三维扫描。上述跟踪范围能够覆盖扫描装置102对于被测对象103进行扫描的扫描范围。

在本实施例中提供了一种基于跟踪扫描系统的三维扫描方法，图2是本实施例的三维扫描方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：

步骤S210，获取被测对象的边界三维信息。

该被测对象可以为任意需要进行三维扫描的对象。被测对象的边界三维信息，指的是被测对象最外层描述其三维轮廓特征的信息。该边界三维信息可以通过对被测对象的表面进行预扫描获得。例如，通过对被测对象进行预扫描，得到该被测对象的预扫描数据，从预扫描数据中提取得到表示其中的轮廓部分的数据，即为上述边界三维信息。优选地，在扫描装置对被测对象扫描之前，基于图案投影器，向被测对象的表面以及该被测对象的周围区域投射特征图案，并基于该特征图案，由跟踪装置完成对被测对象的预扫描，进而得到该被测对象的边界三维信息。此外，本领域技术人员也可以选用其他方式采集得到被测对象的边界三维信息，例如也可通过对获取的被测对象的图像进行特征识别等方式，本实施例在此不作具体限定。

步骤S220，基于边界三维信息，确定跟踪范围，以使扫描装置在跟踪范围内对被测对象进行三维扫描；其中，该跟踪范围能覆盖扫描装置对被测对象进行扫描的扫描范围。

该跟踪装置具体可以为装配图像传感器的光学跟踪器，例如装配一对图像传感器，并基于双目视觉重建的光学跟踪器。该扫描装置具体可以为设置有便于被跟踪装置识别的标记点结构的三维扫描仪。可以理解地，在跟踪式三维扫描系统中，扫描装置对被测对象进行扫描，获取被测对象表面的三维数据，跟踪装置通过识别扫描装置的标记点结构，对扫描装置进行同步跟踪，将扫描装置获取的三维数据转换至基于跟踪装置所建立的坐标系下，进而完成对被测对象的三维重建。具体地，在得到上述边界三维信息之后，能够得到该被测对象的轮廓特征，进而确定该被测对象所适用的跟踪范围。其中，上述跟踪范围指的是跟踪装置需要达到的所能跟踪到被测对象的整体范围。例如，基于上述边界三维信息，确定单个跟踪装置的当前跟踪范围能够完全覆盖被测对象的整个轮廓，则该单个跟踪装置的当前跟踪范围为该被测对象所适用的范围，可以将当前跟踪范围确定为上述跟踪范围。在该种情况下，在扫描装置对被测对象进行扫描的过程中，该单个跟踪装置的跟踪范围能够覆盖扫描装置进行扫描的范围。该当前跟踪范围指的是跟踪装置的视野当前所能覆盖到被测对象的范围。再例如，基于上述边界三维信息，确定目前的单个跟踪装置的当前跟踪范围不能完全覆盖被测对象，则需要结合该边界三维信息，调整跟踪装置的数量和/或跟踪位置，以使调整后的跟踪装置的整体跟踪范围，能够完全覆盖扫描装置对被测对象进行扫描的范围，该调整后的跟踪装置的整体跟踪范围即为上述确定的跟踪范围。

本实施例可以基于边界三维信息，确定被测对象的整体轮廓与跟踪装置的跟踪视野之间的关系，进而确定跟踪装置的跟踪视野当前所能覆盖到被测对象的范围，得到上述的当前跟踪范围。例如被测对象在跟踪装置的视野中处于偏后、偏左、偏右或者偏前位置，以及跟踪装置的视野能否完整覆盖整个被测对象等。

进一步地，调整跟踪装置的当前跟踪范围的过程，可以包括但不限于调整跟踪装置的跟踪位置、跟踪装置的数量、多个不同跟踪装置之间的布局方式等。示例性地，在单个跟踪装置的当前跟踪范围不能覆盖扫描装置进行扫描的范围时，可以将两个跟踪装置进行级联，利用该两个跟踪装置分别对被测对象进行预扫描，获得边界三维信息。若两个跟踪装置的跟踪范围能够覆盖扫描装置进行扫描的扫描范围，则将调整后的两个跟踪装置的当前跟踪范围视为上述跟踪范围，以该确定的跟踪范围对扫描进行跟踪；否则，继续调整跟踪装置的跟踪位置、数量直至调整后对应的当前跟踪范围能够覆盖扫描装置进行扫描的扫描范围。

在相关技术中，往往需要人眼预估被测对象在跟踪装置视野中的位置，通过反复尝试和调节跟踪装置的方式来预估被测对象在跟踪装置视野中的位置是否能够满足跟踪要求，因此跟踪式三维扫描的整体跟踪效率较低。在本实施例中，能够基于边界三维信息确定跟踪装置能够跟踪到的被测对象的范围，因而本实施例能够直接基于边界三维信息实现对被测对象在跟踪装置视野中位置的准确预估，进而基于确定的跟踪范围完成对被测对象的跟踪式三维扫描，从而避免了在对被测对象进行位置预估过程中，对于跟踪装置的反复调节。因而，本实施例相比于相关技术，能够提高跟踪式三维扫描的整体效率。

在确定跟踪范围之后，基于扫描装置对被测对象扫描后的扫描结果，以及跟踪装置对扫描装置的跟踪结果，得到被测对象的扫描数据。其中，跟踪装置通过在扫描装置对被测对象进行扫描的过程中，同步跟踪扫描装置的位姿信息，完成对扫描装置的跟踪。可以基于在先对被测对象所进行的预扫描得到的被测对象的扫描数据，与结合跟踪结果和扫描结果得到的扫描数据进行对齐或拼接，进而得到被测对象最终的目标扫描数据。

上述步骤S210至步骤S220，获取被测对象的边界三维信息；基于边界三维信息，确定跟踪范围，以使扫描装置在跟踪范围内对被测对象进行三维扫描；其中，跟踪范围能覆盖扫描装置对被测对象进行扫描的扫描范围。其能够获取被测对象的边界三维信息，并基于被测对象的边界三维信息确定当前的跟踪范围能够满足对该被测对象进行跟踪式扫描的要求，对跟踪范围的确定更加直观、准确，从而能够避免对跟踪装置的反复调节，进而能够提高跟踪式三维扫描整体的效率。

在一个实施例中，上述跟踪扫描系统还包括图案投影器；获取被测对象的边界三维信息，具体可以包括以下步骤：

步骤S211，基于图案投影器对被测对象投射的特征图案，对被测对象进行预扫描，得到被测对象的边界三维信息。

其中，该特征图案可以为任意一种由激光形成的图案，例如单激光线、多条平行激光线、多条交叉激光线等线状图案，或红外散斑等点状图案，激光也可为不同波长，例如蓝色激光、红色激光、红外激光等，该特征图案也可为投影仪所投射的预存好的含有编码信息的图案，本实施例在此不作限制。在预扫描过程中，由图案投影器向被测对象及其周边区域投射特征图案，再由跟踪装置上的图像传感器基于被测对象投射的特征图案，获取该被测对象及其周边区域的扫描信息，进而得到该被测对象的边界三维信息。以特征图案为单激光线为例进行说明，图案投影器向被测对象投射单线激光，在单线激光扫描被测对象的表面的同时，跟踪装置上的图像传感器获取被测对象的表面的激光点信息。之后从该激光点信息中提取轮廓部分的信息，则得到该被测对象的边界三维信息。可以理解地，上述示例仅为对本实施例获取被测对象的边界三维信息的过程进行说明，并不构成对特征图案、图案投影器的具体限定。另外，本实施例的图案投影器可以设置于跟踪装置上，也可以在跟踪扫描系统中与跟踪装置分别独立设置，或是设置于跟踪扫描系统的其他装置上。需要明确的是，图案投影器的设置方式，能够使得该图案投影器所投射的特征图案投射在处于跟踪装置跟踪范围内的被测对象的表面，本实施例对于该图案投影器的具体设置方式不作限定。本实施例通过基于图案投影器获取被测对象的边界三维信息，能够直接以跟踪装置确定被测对象的轮廓特征，为预估被测对象在跟踪装置视野中的位置提供便利，从而有助于提升跟踪式三维扫描的整体效率。

进一步地，在一个实施例中，上述特征图案为激光线，跟踪扫描系统还包括转动机构，图案投影器通过转动机构驱动转动，并在转动过程中向被测对象投射特征图案。在一优选方案中，该图案投影器为单线激光投影器，对应的，特征图案为单激光线，在转动机构的带动下，该单激光线能扫过一次该跟踪装置的跟踪范围区域内的物体，通过单线激光投影器和转动机构的配合，既能保证激光线能扫过跟踪装置前方跟踪范围区域内的所有物体，又能使得激光投射的能量更加集中，单线激光相比于多线激光，其结构上仅需采用鲍威尔棱镜将点激光转变为线激光，而无需使用二元光学元件（Diffractive Optical Elements，简称为DOE）等其他衍射光学元件将激光分为多条激光线，单条激光线能量更为集中，亮度更高，提高了跟踪装置在获取激光线数据的精度，且在安装时提高了空间利用率。

跟踪扫描系统包括跟踪装置、扫描装置、由转动机构和图案投影器构成的投影组合。该投影组合既可以与跟踪装置分离设置，也可以设置于跟踪装置上。其中，在预扫描过程中，基于该投影组合中转动机构驱动图案投影器发生转动，图案投影器向被测对象投射特征图案，并由跟踪装置基于该特征图案获取被测对象的预扫描数据，进而得到边界三维信息。

示例性地，上述投影组合可以安装于跟踪装置上。图3为本实施例的一种跟踪装置30的结构示意图。如图3所示，该跟踪装置30包括第一图像传感器301、第二图像传感器302、跟踪装置的底座304，由转动机构和图案投影器构成的投影组合303安装于跟踪装置30上，且位于第一图像传感器301和第二图像传感器302之间。其中，在投影组合303中，图案投影器用于由转动机构驱动，在转动过程中向被测对象投射特征图案，该特征图案如图3中的虚线图形所示，特征图案能扫过被测对象的表面，跟踪装置30实时在特征图案扫到的位置获取被测对象该位置的表面数据。第一图像传感器301和/或第二图像传感器302在不同的工作状态下所实现的功能不同，当跟踪装置30在预扫描状态，第一图像传感器301和/或第二图像传感器302用于获取被测物体及其周围环境信息，以获得扫描数据，得到被测对象的边界三维信息，从而计算跟踪头用作跟踪状态时，可以跟踪到的范围；当跟踪装置30在跟踪扫描装置的状态时，第一图像传感器301和第二图像传感器302用于获取扫描装置上的标记点岛的信息，从而获取扫描装置的位姿信息。值得注意的是，在利用跟踪装置30对被测对象进行预扫描时，跟踪装置30相对被测对象的位置保持不变，因而无需在被测对象表面设置标记点，基于图案投影器扫描得到的被测对象的所有点云数据均统一在跟踪装置的坐标系下。本实施例通过在跟踪装置上设置转动机构和图案投影器，利用转动机构驱动图案投影器转动，以在转动过程中向被测对象投射特征图案，其能够在跟踪装置相对被测对象位置不变的情况下获取到被测对象完整的特征信息，进而实现对边界三维信息的提取，因此能够提高预估被测对象在跟踪装置的视野中的位置的效率和准确度。

另外地，在一个实施例中，基于上述步骤S220，基于边界三维信息，确定跟踪范围，可以包括以下步骤：

步骤S221，基于边界三维信息，确定当前跟踪范围。

具体地，基于边界三维信息确定被测对象的轮廓，再与跟踪装置当前的跟踪视野进行比对，从而确定跟踪装置当前所能跟踪到的被测对象的范围，得到当前跟踪范围。

步骤S222，在确定当前跟踪范围覆盖扫描装置对被测对象进行扫描的扫描范围的情况下，将当前跟踪范围确定为跟踪范围。

也即，在跟踪装置的视野当前所能覆盖到的被测对象的范围，包含了扫描装置对被测对象进行扫描时的扫描范围时，在跟踪式三维扫描过程中，扫描装置能够始终位于跟踪装置的跟踪视野内，因而该跟踪装置的当前跟踪范围能够满足跟踪式三维扫描过程中的扫描要求。可选地，可以借助软件界面，基于上述边界三维信息和当前跟踪范围，直观地显示被测对象在当前的跟踪装置的跟踪视野内的位置，例如被测对象在跟踪装置视野内偏左、偏右、偏前、偏后，或者被测对象完全处于跟踪装置的跟踪视野内。当通过软件界面确定被测对象完全处于跟踪装置的跟踪视野内的情况下，即可以确定当前跟踪范围能够覆盖扫描装置对被测对象进行扫描时的扫描范围。上述步骤S221至步骤S222，通过基于边界三维信息确定跟踪装置的当前跟踪范围，进而确定最终的跟踪范围，其能够提高跟踪式三维扫描的效率。

另外地，在一个实施例中，基于上述步骤S220，基于边界三维信息，确定跟踪范围，还可以包括以下步骤：

步骤S223，基于边界三维信息，确定当前跟踪范围。

步骤S224，在确定当前跟踪范围未覆盖扫描装置对被测对象的扫描范围的情况下，调节当前跟踪范围，直至当前跟踪范围覆盖扫描装置对被测对象进行扫描的扫描范围。

也即，若跟踪装置当前所能跟踪到的被测对象的范围，不能覆盖扫描装置对被测对象的扫描范围，则在跟踪式三维扫描过程中，扫描装置将不会始终处于跟踪装置的跟踪视野内，从而无法在保持跟踪装置位置不变的情况下，完成对被测对象完整的跟踪式三维扫描。因而，本实施例在预扫描阶段获得边界三维信息后，基于该边界三维信息调节当前跟踪范围，以使得调节后的当前跟踪范围能够覆盖扫描装置对被测对象进行扫描的扫描范围，从而提高跟踪式三维扫描的效率。

步骤S225，将调节后的当前跟踪范围确定为跟踪范围。其中，该调节后的当前跟踪范围，是由调节后的所有跟踪装置能够跟踪到的范围共同确定的。

进一步地，在一个实施例中，基于上述步骤S225，调节当前跟踪范围，具体可以包括：调节跟踪装置的跟踪位置；和/或，调节跟踪装置的数量。基于被测对象的边界三维信息，以及跟踪装置的当前跟踪范围，确定跟踪装置需要调整的数量、跟踪位置等信息。例如，当基于被测对象的边界三维信息和跟踪装置的当前跟踪范围，确定目前跟踪装置的数量不足以完成对该被测对象的跟踪式三维扫描的情况下，则需要结合上述边界三维信息和当前跟踪范围，增加跟踪装置的数量；当跟踪装置的数量大于一个时，所有的跟踪装置之间进行级联并实现同步。又例如，当基于上述边界三维信息和当前跟踪范围，确定被测对象目前位于跟踪装置的跟踪视野偏左的位置，则需要调整该跟踪装置的跟踪位置，以使得被测对象能够完整处于跟踪装置的视野中心。另外，还可以在增加多个跟踪装置之后，再调整每个跟踪装置相对于被测对象的跟踪位置，以使调整后的当前跟踪范围能够覆盖扫描装置在扫描过程的扫描范围。

进一步地，既可以结合边界三维信息和当前跟踪范围，直接确定满足跟踪式三维扫描的跟踪要求所需要增加的跟踪装置的数量，和/或，所需要调节的跟踪装置的跟踪位置；还可以是通过不断调节跟踪装置的数量，和/或，跟踪位置，直至调节后的当前跟踪范围能够覆盖扫描装置在扫描过程中的扫描范围。本实施例通过调节当前跟踪范围，来满足跟踪式三维扫描的跟踪要求，能够提高跟踪式三维扫描的整体效率。

可选地，在一个实施例中，上述三维扫描方法还可以包括以下步骤：

步骤S230，获取预扫描过程得到被测对象的第一扫描数据。该第一扫描数据可以通过图像传感器采集的，基于上述由图案投影器向被测对象投射的特征图案的扫描数据。

步骤S240，输出对扫描装置的跟踪结果，以使控制端基于跟踪结果以及扫描装置对被测对象的扫描结果，得到被测对象的第二扫描数据。其中，跟踪装置通过识别扫描装置上设置的标记点结构，对扫描装置进行跟踪。控制端结合跟踪装置对扫描装置的跟踪结果，以及扫描装置对被测对象的扫描结果，将扫描装置扫描得到的被测对象的扫描数据统一在同一坐标系下，从而得到被测对象的第二扫描数据。

步骤S250，基于第一扫描数据和第二扫描数据，得到被测对象的目标扫描数据。具体地，第一扫描数据和第二扫描数据均统一在跟踪装置坐标系下，基本位置可以被视为完全贴合。因此，可以基于迭代最近点配准（Iterative Closest Point，简称为ICP）对齐的方式，对第一扫描数据和第二扫描数据进行融合，从而得到目标扫描数据。或者，可以将第一扫描数据和第二扫描数据进行拼接，得到目标扫描数据。通过将第一扫描数据和第二扫描数据作为相互补充的数据进行处理，所得到的目标扫描数据能够达到更高的扫描点云的覆盖率，从而提高对被测对象三维重建的精确度。

下面通过优选实施例对本实施例进行描述和说明。

图4是本优选实施例的用于跟踪扫描系统的三维扫描方法的流程图。如图4所示，该三维扫描方法包括如下步骤：

步骤S401，基于跟踪装置的至少一个图像传感器和设置于跟踪装置上的图案投影器，获得被测对象的第一扫描数据，并提取得到边界三维信息；其中，将跟踪装置放置于被测对象附近，图案投影器由转动机构驱动发生转动，并在转动过程中向被测对象投射特征图案；图像传感器基于该特征图案获取被测对象的第一扫描数据，提取得到边界三维信息；

步骤S402，基于边界三维信息，在软件界面确定被测对象在跟踪装置的跟踪视野内的位置，进而确定跟踪装置的当前跟踪范围；

步骤S403，判断跟踪装置的当前跟踪范围能否覆盖扫描装置的扫描过程中的扫描范围；若是，则执行步骤S404，否则，执行步骤S405；

步骤S404，将跟踪装置的当前跟踪范围视为确定的跟踪范围；

步骤S405，调节跟踪装置的数量和/或跟踪位置，以使调节后的当前跟踪范围覆盖扫描装置扫描过程中的扫描范围，得到确定的跟踪范围；

步骤S406，跟踪装置基于确定的跟踪范围对扫描装置进行跟踪，并输出扫描装置的跟踪结果；

步骤S407，基于上述跟踪结果，和扫描装置对被测对象的扫描结果，得到被测对象的第二扫描数据；

步骤S408，对第一扫描数据和第二扫描数据进行融合，得到目标扫描数据。

在本实施例中还提供了一种跟踪扫描系统，结合图1可知，该跟踪扫描系统包括：扫描装置102，用于获取被测对象表面的三维数据，并生成扫描结果；跟踪装置101，用于执行上述任意实施例提供的三维扫描方法。

上述跟踪扫描系统，能够直接基于被测对象的边界三维信息确定跟踪范围，从而能够避免对跟踪装置的反复调节，直接基于确定的跟踪范围完成跟踪式三维扫描，进而能够提高跟踪式三维扫描整体的效率。

进一步地，在一个实施例中，该跟踪扫描系统还可以包括图案投影器，该跟踪装置包括图像传感器；其中的图案投影器用于对被测对象投射的特征图案；图像传感器用于基于图案投影器对被测对象投射的特征图案，对被测对象进行预扫描，得到被测对象的边界三维信息；还用于对扫描装置的位姿进行跟踪，获取扫描装置的位姿信息并输出跟踪结果。

更进一步地，跟踪扫描系统还可以包括转动机构；该转动机构用于驱动图案投影器转动，以使图案投影器投射的特征图案扫过跟踪范围中的被测对象。

可选地，在一个实施例中，上述图案投影器和转动机构均设置于跟踪装置上。

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。

需要说明的是，本申请所涉及的用户信息（包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等）和数据（包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等），均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。

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 (11)

1.一种基于跟踪扫描系统的三维扫描方法，其中，所述跟踪扫描系统包括跟踪装置和扫描装置，其特征在于，所述方法包括：

获取被测对象的边界三维信息；

基于所述边界三维信息，确定跟踪范围，以使所述扫描装置在所述跟踪范围内对所述被测对象进行三维扫描；其中，所述跟踪范围能覆盖所述扫描装置对所述被测对象进行扫描的扫描范围。

2.根据权利要求1所述的三维扫描方法，其特征在于，所述跟踪扫描系统还包括图案投影器；所述获取被测对象的边界三维信息，包括：

基于所述图案投影器对所述被测对象投射的特征图案，对所述被测对象进行预扫描，得到所述被测对象的边界三维信息。

3.根据权利要求2所述的三维扫描方法，其特征在于，所述特征图案为激光线，所述跟踪扫描系统还包括转动机构，所述图案投影器通过转动机构驱动转动，并在转动过程中向所述被测对象投射特征图案。

4.根据权利要求1所述的三维扫描方法，其特征在于，所述基于所述边界三维信息，确定跟踪范围，包括：

基于所述边界三维信息，确定当前跟踪范围；

在确定所述当前跟踪范围覆盖所述扫描装置对所述被测对象进行扫描的扫描范围的情况下，将所述当前跟踪范围确定为跟踪范围。

5.根据权利要求1所述的三维扫描方法，其特征在于，所述基于所述边界三维信息，确定跟踪范围，包括：

基于所述边界三维信息，确定当前跟踪范围；

在确定所述当前跟踪范围未覆盖所述扫描装置对所述被测对象的扫描范围的情况下，调节所述当前跟踪范围，直至所述当前跟踪范围覆盖所述扫描装置对所述被测对象进行扫描的扫描范围；

将调节后的所述当前跟踪范围确定为跟踪范围。

6.根据权利要求5所述的三维扫描方法，其特征在于，所述调节所述当前跟踪范围，包括：

调节所述跟踪装置的跟踪位置；

和/或，

调节所述跟踪装置的数量。

7.根据权利要求2或权利要求3中任一项所述的三维扫描方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取所述预扫描过程得到所述被测对象的第一扫描数据；

输出对所述扫描装置的跟踪结果，以使控制端基于所述跟踪结果以及所述扫描装置对所述被测对象的扫描结果，得到所述被测对象的第二扫描数据；

基于所述第一扫描数据和所述第二扫描数据，得到所述被测对象的目标扫描数据。

8.一种跟踪扫描系统，其特征在于，包括：

扫描装置，用于获取被测对象表面的三维数据，并生成扫描结果；

跟踪装置，用于执行权利要求1至权利要求7中任一项所述的基于跟踪扫描系统的三维扫描方法。

9.根据权利要求8所述的跟踪扫描系统，其特征在于，所述跟踪扫描系统还包括图案投影器，所述跟踪装置包括图像传感器；

所述图案投影器，用于对所述被测对象投射特征图案；

所述图像传感器，用于基于所述图案投影器对所述被测对象投射的特征图案，对所述被测对象进行预扫描，得到所述被测对象的边界三维信息；还用于对所述扫描装置的位姿进行跟踪。

10.根据权利要求9所述的跟踪扫描系统，其特征在于，所述跟踪扫描系统还包括：

转动机构，用于驱动所述图案投影器转动，以使所述图案投影器投射的特征图案扫过所述跟踪范围中的所述被测对象。

11.根据权利要求10所述的跟踪扫描系统，其特征在于，所述图案投影器和所述转动机构均设置于所述跟踪装置上。

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