CN117201685A - 一种三维物体的表面覆盖扫描方法、装置、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维物体的表面覆盖扫描方法、装置、设备及介质。该方法包括：对目标三维物体的三维表面特征进行分割处理，得到多个区域特征；根据各区域特征，确定与每个物体表面分区分别对应的测地线方向；沿测地线方向，确定与每个物体表面分区对应的多条扫描轴线中各点的设置位置，并确定各扫描轴线的形状；将确定出的各扫描轴线组合得到目标三维物体的覆盖扫描路径，并将覆盖扫描路径提供给多视点扫描机构，以供多视点扫描机构跟随覆盖扫描路径中各扫描轴线进行形变后，对目标三维物体进行覆盖扫描。采用上述技术方案，能够实现对三维物体的全覆盖扫描，并且能够有效减少扫描时间，提高扫描精度。

Description

一种三维物体的表面覆盖扫描方法、装置、设备及介质

技术领域

本发明涉及三维扫描技术领域，尤其涉及一种三维物体的表面覆盖扫描方法、装置、设备及介质。

背景技术

在三维物体的形状测量或外观检测等应用过程中，常需要对三维物体的表面进行扫描，以获取三维物体的表面形状的相关数据。

传统的三维物体表面覆盖扫描方法通常采用单视点扫描物体表面，难以实现对三维物体的全覆盖扫描，并且单视点扫描存在所需扫描时间较长、扫描效率与扫描精度较低等问题。

发明内容

本发明提供了一种三维物体的表面覆盖扫描方法、装置、设备及介质，能够实现对三维物体的全覆盖扫描，并且能够有效减少扫描时间，提高扫描精度。

根据本发明的一方面，提供了一种三维物体的表面覆盖扫描方法，包括：

对目标三维物体的三维表面特征进行分割处理，得到多个区域特征，其中，不同区域特征对应目标三维物体上的不同物体表面分区，所述三维表面特征包括三维表面点云或者三维表面点云的变形格式；

根据各区域特征，确定与每个物体表面分区分别对应的测地线方向；

沿测地线方向，确定与每个物体表面分区对应的多条扫描轴线中各点的设置位置，并根据各扫描轴线中各点在物体表面分区投影位置处的物体表面形状，确定各扫描轴线的形状；

将确定出的各扫描轴线组合得到目标三维物体的覆盖扫描路径，并将覆盖扫描路径提供给多视点扫描机构，以供多视点扫描机构跟随覆盖扫描路径中各扫描轴线进行形变后，对目标三维物体进行覆盖扫描；

其中，多视点扫描机构包括可变形轴线和设置在可变形轴线上的多个摄像头，可变形轴线用于进行变形、扭转、拉伸以及压缩中的至少一项形变。

根据本发明的另一方面，提供了一种三维物体的表面覆盖扫描装置，包括：

区域特征获取模块，用于对目标三维物体的三维表面特征进行分割处理，得到多个区域特征，其中，不同区域特征对应目标三维物体上的不同物体表面分区，所述三维表面特征包括三维表面点云或者三维表面点云的变形格式；

测地线方向确定模块，用于根据各区域特征，确定与每个物体表面分区分别对应的测地线方向；

扫描信息确定模块，用于沿测地线方向，确定与每个物体表面分区对应的多条扫描轴线中各点的设置位置，并根据各扫描轴线中各点在物体表面分区投影位置处的物体表面形状，确定各扫描轴线的形状；

覆盖扫描模块，用于将确定出的各扫描轴线组合得到目标三维物体的覆盖扫描路径，并将覆盖扫描路径提供给多视点扫描机构，以供多视点扫描机构跟随覆盖扫描路径中各扫描轴线进行形变后，对目标三维物体进行覆盖扫描；

其中，多视点扫描机构包括可变形轴线和设置在可变形轴线上的多个摄像头，可变形轴线用于进行变形、扭转、拉伸以及压缩中的至少一项形变。

根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的三维物体的表面覆盖扫描方法。

根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的三维物体的表面覆盖扫描方法。

本发明实施例的技术方案，通过将目标三维物体的三维表面点云分割成多个区域点云，根据区域点云确定每个物体表面分区分别对应的测地线方向，沿测地线方向，确定与每个物体表面分区对应的多条扫描轴线中各点的设置位置，进而确定各扫描轴线的形状，并组合得到目标三维物体的覆盖扫描路径，以供多视点扫描机构跟随覆盖扫描路径中各扫描轴线进行形变后，对目标三维物体进行覆盖扫描的方式，能够对覆盖扫描路径进行优化，尽量减少覆盖扫描路径，有效减少了覆盖扫描时间，但同时又保证了覆盖扫描的扫描精度，提高了覆盖扫描效率。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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。

图1是根据本发明实施例一提供的一种三维物体的表面覆盖扫描方法的流程图；

图2是根据本发明实施例提供的一种三维表面点云的分割处理结果示意图；

图3是根据本发明实施例提供的一种三维物体表面分区的示意图；

图4是根据本发明实施例提供的一种扫描轴线的示意图；

图5是根据本发明实施例提供的一种多视点扫描机构的结构示意图；

图6是根据本发明实施例二提供的另一种三维物体的表面覆盖扫描方法的流程图；

图7是根据本发明实施例三提供的一种三维物体的表面覆盖扫描装置的结构示意图；

图8是实现本发明实施例的三维物体的表面覆盖扫描方法的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，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、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种提供的一种三维物体的表面覆盖扫描方法的流程图，本实施例可适用于对三维物体的表面进行快速、高质量的扫描的情况，该方法可以由三维物体的表面覆盖扫描装置来执行，该三维物体的表面覆盖扫描装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该三维物体的表面覆盖扫描装置可配置于具备数据处理功能的计算机或控制器中。如图1所示，该方法包括：

S110、对目标三维物体的三维表面特征进行分割处理，得到多个区域特征。

其中，不同区域特征对应目标三维物体上的不同物体表面分区，所述三维表面特征包括三维表面点云或者三维表面点云的变形格式。

可选的，区域特征可以理解为对三维表面特征进行分割处理之后，被分割的每一部分为一个区域特征。

可选的，当三维表面特征为三维表面点云时，可对目标三维物体的三维表面点云进行分割处理，得到多个区域点云。

其中，不同区域点云对应目标三维物体上的不同物体表面分区。

可选的，目标三维物体可以指当前进行表面覆盖扫描的三维物体，目标三维物体的三维表面点云可以通过深度相机拍摄获取，但并不对三维表面点云的具体获取方式进行限制。

可选的，三维表面点云可以指空间中的一组数据点，可以用这些数据点表示三维形状或对象，且每个数据点的位置都有其相应的笛卡尔坐标集。三维表面点云可以标识目标三维物体的基本形状，但三维表面点云无法完全构建目标三维物体。

可选的，对目标三维物体的三维表面点云进行分割处理的目的是为了将目标三维物体划分为多个形状符合一定要求的部分，并根据每一部分的区域点云进行表现覆盖扫描规划，进而能够在表面覆盖扫描过程中减少扫描机构的运动路径以及视点高度变化，从而能够提高表面覆盖扫描效率。

可选的，区域点云可以指在对目标三维物体的三维表面点云进行分割处理之后，被分割的每一部分的三维表面点云均为一个区域点云。

可选的，三维表面点云的变形格式可以包括但不限于三角形网格、体素网格以及八叉树网格等。

可以理解的是，网格是点云的另一种表现形式，网格可以被看作是建立了局部连接关系的点。

可选的，三维表面点云或三维点云的变形格式可以通过pts、LAS、PCD、XYZ、pcap 、obj等格式存储。

可以理解的是，为了提高表面覆盖扫描效率，目标三维物体分割后每个部分的几何特征应一定程度上相似，且表面应相对平顺。

图2为一种可选的三维表面点云的分割处理结果示意图。如图2所示，以飞机为例，每个侧翼、尾翼以及机身均可分别作为一个分割区域，不同的分割区域在图2中的灰度不同。

S120、根据各区域特征，确定与每个物体表面分区分别对应的测地线方向。

可选的，当三维表面特征为三维表面点云时，区域特征可以为区域点云。

可以理解的是，每个区域点云均可表示三维物体的某一部分表面，因此，每个区域点云均对应一个三维物体中的物体表面分区。

可以理解的是，无论选择何种类型的区域特征，均可以获取与每个物体表面分区分别对应的测地线方向。本实施例对测地线方向的获取方式不做限定。可选的，测地线可以用于定义空间中两点之间的最短路径，两点之间沿测地线方向运动路径最短。

这样设置的好处在于：对于表面为曲面的三维物体，尤其是对于表面弧度较大的三维物体，若根据两点之间的直线距离进行扫描路径规划，则可能会增加扫描机构的运动路径，降低扫描效率。

S130、沿测地线方向，确定与每个物体表面分区对应的多条扫描轴线中各点的设置位置，并根据各扫描轴线中各点在物体表面分区投影位置处的物体表面形状，确定各扫描轴线的形状。

图3为一个可选的三维物体表面分区的示意图。如图3所示，由实线组成的最大闭合图形即为一个物体表面分区，在物体表面分区中用双向箭头进行过示意的即为测地线，在图3中物体表面分区的最左侧边缘线可以与测地线方向垂直。

可选的，扫描轴线可以作为扫描机构的运动轴线，可以将与测地线方向垂直的分区边缘线上各点沿法向量方向移动安全距离，得到扫描轴线上各点的设置位置。

进一步的，可以根据分区边缘线上各点的曲率，对起始扫描轴线上各点进行曲线拟合，得到起始扫描轴线的形状。

图4是一个可选的扫描轴线的示意图。如图4所示，扫描轴线设置在物体点云的法向量方向上，并且与物体点云之间为安全距离。

可选的，一般情况下，扫描机构仅在一条扫描轴线上运动难以获取整个物体表面分区的扫描信息，因此，对于一个物体表面分区，一般可存在多条扫描轴线，且每个扫描轴线之间应具有一定的距离，在该距离内不应存在扫描盲区，但距离也不能过小，距离过小可能会增加扫描机构的运动路径。

S140、将确定出的各扫描轴线组合得到目标三维物体的覆盖扫描路径，并将覆盖扫描路径提供给多视点扫描机构，以供多视点扫描机构跟随覆盖扫描路径中各扫描轴线进行形变后，对目标三维物体进行覆盖扫描。

其中，多视点扫描机构包括可变形轴线和设置在可变形轴线上的多个摄像头，可变形轴线用于进行变形、扭转、拉伸以及压缩中的至少一项形变。

图5为一个可选的多视点扫描机构的结构示意图。如图5所示，多视点扫描机构上具有多个摄像头，多视点扫描机构的可变形轴线可以实现任意形状的变形，因此，多视点扫描机构能够贴合任意扫描轴线的形状。

可选的，在确定每个物体表面分区的扫描轴线之后，可以各物体表面分区的扫描轴线进行组合，以获取整个目标三维物体的扫描轴线。根据目标三维物体的各扫描轴线，可以设置一个能够覆盖所有扫描轴线的最短覆盖扫描路径，例如，对于两条平行度较高的扫描轴线，多视点扫描机构可以通过“几”字型路径移动。

可选的，在获取覆盖扫描路径时，可以将各轴线的两端连到一起，保持覆盖路径的平滑度。

本发明实施例的技术方案，通过将目标三维物体的三维表面点云分割成多个区域点云，根据区域点云确定每个物体表面分区分别对应的测地线方向，沿测地线方向，确定与每个物体表面分区对应的多条扫描轴线中各点的设置位置，进而确定各扫描轴线的形状，并组合得到目标三维物体的覆盖扫描路径，以供多视点扫描机构跟随覆盖扫描路径中各扫描轴线进行形变后，对目标三维物体进行覆盖扫描的方式，能够对覆盖扫描路径进行优化，尽量减少覆盖扫描路径，有效减少了覆盖扫描时间，但同时又保证了覆盖扫描的扫描精度，提高了覆盖扫描效率。

实施例二

图6为本发明实施例二提供的一种三维物体的表面覆盖扫描方法的流程图，本实施例在上述实施例的基础上，以三维表面点云为例，具体说明了三维物体的表面覆盖扫描方法。如图6所示，该方法包括：

S210、利用主成分分析法，计算三维表面点云中各点的曲率以及法向量，并对各点的法向量进行重定向处理，以使得各法向量均指向目标三维物体的外侧。

可选的，主成分分析法是一种数学变换的方法, 它把给定的一组相关变量通过线性变换转成另一组不相关的变量。在本发明所述的实施例中，可以通过主成分分析法，将三维表面点云的坐标数据转换成各点的曲率以及法向量。

可选的，对法向量进行重定向处理，可以使法向量都指向物体表面的外侧，减少法向量夹角阈值的误差。

S220、根据三维表面点云中各点的曲率设置曲率阈值，并根据三维表面点云中各点的法向量设置法向量夹角阈值。

其中，根据三维表面点云中各点的曲率设置曲率阈值，可以包括：

根据所述三维表面点云中各点的曲率，按照公式，计算得到曲率的平均值/>；其中，m为三维表面点云中包括的总点数，ki为点i的曲率；

在所述三维表面点云中，统计曲率大于的点数m1，以及曲率小于/>的点数m2，并根据公式α=m2/m1，计算得到曲率阈值修正参数α；

根据公式k=α，计算得到曲率阈值k。

其中，根据三维表面点云中各点的法向量设置法向量夹角阈值，可以包括：

根据三维表面点云中各点的法向量，依据公式：，计算所述三维表面点云中每个点与周围邻近点之间的差分和；

其中，为点p的法向量夹角，/>为点p的邻域内点pi的法向量，n为设置的邻域点个数，/>表示点p的法向量与pi的法向量做差分并取二范数；

根据公式：，计算得到法向量夹角阈值Angle_th，其中，N为三维表面点云中包括的总点数。

S230、在未处理的三维表面点云中各点中获取曲率最小点作为种子点，采用区域生长分割算法，以曲率阈值和法向量夹角阈值为限制条件，获取与种子点匹配的区域点云。

可以理解的是，在三维表面点云中，种子点的曲率最小，因此，种子点所在的表面为三维物体中最平顺的表面。

可选的，区域生长分割算法可理解为，将所有与种子点满足某种关系的邻域点都加入到种子点中，并将这一过程不断迭代，直到达到稳定。

S240、返回执行在未处理的三维表面点云中各点中获取曲率最小点作为种子点的操作，直至满足结束分割条件，以得到多个区域点云。

可选的，结束分割条件可以根据用户实际需求设定，例如，可以将每个区域点云中的点云数量作为结束分割条件，也可以将每个区域点云中的点云稳定性作为结束分割条件，上述结束分割条件仅作示例性说明，并不进行具体的限制。

S250、根据各区域点云，确定与每个物体表面分区分别对应的测地线方向。

S260、获取当前处理的目标物体表面分区，并在所述目标物体表面分区中获取垂直于所述目标物体表面分区的目标测地线方向的一条分区边缘线。

可选的，在目标物体表面分区中，一般会存在一条分区边缘线与目标测地线方向垂直，但在部分情况下，可能会与测地线之间存在一定的角度误差，因此，也可设置一个较小的阈值，当某一边缘线与目标测地线的方向小于该阈值时，该边缘线也可作垂直于所述目标物体表面分区的目标测地线方向的一条分区边缘线。

S270、沿分区边缘线上各点的法向量方向，将分区边缘线上各点移动预设的安全距离，得到起始扫描轴线上各点的设置位置。

可以理解的是，安全距离即为后续扫描设备的架设高度，安全距离可根据扫描设备的大小、像素等参数进行设定。分区边缘线上的各点即为三维表面点云中落在该分区边缘线上的点。

其中，所述安全距离可以由所述多视点扫描机构中摄像头视场的深度范围、精度和视场重叠范围大小共同确定。

S280、根据分区边缘线上各点的曲率，对起始扫描轴线上各点进行曲线拟合，得到起始扫描轴线的形状。

可选的，起始扫描轴线可以理解为，与分区边缘线之间的高度差保持安全距离，并相对平滑的一条曲线。

可选的，起始扫描轴线上各点的曲率，可以与分区边缘线上相对应的各点的曲率相同。

S290、以起始扫描轴线为起点，按照预设的扫描路径间隔，沿目标测地线方向进行等步长移动，确定出至少一个新的扫描轴线中各点的设置位置。

可选的，所述扫描路径间隔可以由所述视场重叠范围大小确定，需要保证扫描路径间隔中不存在扫描盲区。

S2100、按照新的扫描轴线中各点的设置位置，确定各所述新的扫描轴线在所述目标物体表面分区中的投影参考线，并根据各所述投影参考线的曲线形状，确定各所述新的扫描轴线的形状。

其中，按照新的扫描轴线中各点的设置位置，确定各所述新的扫描轴线在所述目标物体表面分区中的投影参考线，并根据各所述投影参考线的曲线形状，确定各所述新的扫描轴线的形状，可以包括：

沿新的扫描轴线上各点的设置位置，向所述目标物体表面分区进行投影，得到目标物体表面分区中与所述新的扫描轴线匹配的投影参考线上的投影点；

根据各投影点的曲率，对各所述新的扫描轴线上各点进行曲线拟合，得到各所述新的扫描轴线的形状。

S2110、返回执行获取当前处理的目标物体表面分区的操作，直至完成对全部物体表面分区的处理。

可以理解的是，在对全部物体表面分区进行处理后，可以确定出每个分区内的多条扫描轴线，扫描轴线即为扫描机构的运动路径。

S2120、将确定出的各扫描轴线组合得到目标三维物体的覆盖扫描路径，并将覆盖扫描路径提供给多视点扫描机构，以供多视点扫描机构跟随覆盖扫描路径中各扫描轴线进行形变后，对目标三维物体进行覆盖扫描。

本发明实施例的技术方案，通过将目标三维物体的三维表面点云分割成多个区域点云，根据区域点云确定每个物体表面分区分别对应的测地线方向，沿测地线方向，确定与每个物体表面分区对应的多条扫描轴线中各点的设置位置，进而确定各扫描轴线的形状，并组合得到目标三维物体的覆盖扫描路径，以供多视点扫描机构跟随覆盖扫描路径中各扫描轴线进行形变后，对目标三维物体进行覆盖扫描的方式，能够对覆盖扫描路径进行优化，尽量减少覆盖扫描路径，有效减少了覆盖扫描时间，但同时又保证了覆盖扫描的扫描精度，提高了覆盖扫描效率。

实施例三

图7为本发明实施例三提供的一种三维物体的表面覆盖扫描装置的结构示意图。如图7所示，该装置包括：区域点云获取模块310、测地线方向确定模块320、扫描信息确定模块330以及覆盖扫描模块340。

区域特征获取模块310，用于对目标三维物体的三维表面特征进行分割处理，得到多个区域特征，其中，不同区域特征对应目标三维物体上的不同物体表面分区，所述三维表面特征包括三维表面点云或者三维表面点云的变形格式。

测地线方向确定模块320，用于根据各区域特征，确定与每个物体表面分区分别对应的测地线方向。

扫描信息确定模块330，用于沿测地线方向，确定与每个物体表面分区对应的多条扫描轴线中各点的设置位置，并根据各扫描轴线中各点在物体表面分区投影位置处的物体表面形状，确定各扫描轴线的形状。

覆盖扫描模块340，用于将确定出的各扫描轴线组合得到目标三维物体的覆盖扫描路径，并将覆盖扫描路径提供给多视点扫描机构，以供多视点扫描机构跟随覆盖扫描路径中各扫描轴线进行形变后，对目标三维物体进行覆盖扫描。

其中，多视点扫描机构包括可变形轴线和设置在可变形轴线上的多个摄像头，可变形轴线用于进行变形、扭转、拉伸以及压缩中的至少一项形变。

本发明实施例的技术方案，通过将目标三维物体的三维表面点云分割成多个区域点云，根据区域点云确定每个物体表面分区分别对应的测地线方向，沿测地线方向，确定与每个物体表面分区对应的多条扫描轴线中各点的设置位置，进而确定各扫描轴线的形状，并组合得到目标三维物体的覆盖扫描路径，以供多视点扫描机构跟随覆盖扫描路径中各扫描轴线进行形变后，对目标三维物体进行覆盖扫描的方式，能够对覆盖扫描路径进行优化，尽量减少覆盖扫描路径，有效减少了覆盖扫描时间，但同时又保证了覆盖扫描的扫描精度，提高了覆盖扫描效率。

在上述各实施例的基础上，区域点云获取模块310，可以包括：

重定向处理单元，用于利用主成分分析法，计算三维表面点云中各点的曲率以及法向量，并对各点的法向量进行重定向处理，以使得各法向量均指向目标三维物体的外侧；

阈值设置单元，用于根据三维表面点云中各点的曲率设置曲率阈值，并根据三维表面点云中各点的法向量设置法向量夹角阈值；

种子点区域点云获取单元，用于在未处理的三维表面点云中各点中获取曲率最小点作为种子点，采用区域生长分割算法，以曲率阈值和法向量夹角阈值为限制条件，获取与种子点匹配的区域点云；

点云分割单元，用于返回执行在未处理的三维表面点云中各点中获取曲率最小点作为种子点的操作，直至满足结束分割条件，以得到多个区域点云。

在上述各实施例的基础上，阈值设置单元，可以具体用于：

根据所述三维表面点云中各点的曲率，按照公式，计算得到曲率的平均值/>；其中，m为三维表面点云中包括的总点数，ki为点i的曲率；

在所述三维表面点云中，统计曲率大于的点数m1，以及曲率小于/>的点数m2，并根据公式α=m2/m1，计算得到曲率阈值修正参数α；

根据公式k=α，计算得到曲率阈值k。

在上述各实施例的基础上，阈值设置单元，还可以具体用于：

根据三维表面点云中各点的法向量，依据公式：，计算所述三维表面点云中每个点与周围邻近点之间的差分和；

其中，为点p的法向量夹角，/>为点p的邻域内点pi的法向量，n为设置的邻域点个数，/>表示点p的法向量与pi的法向量做差分并取二范数；

根据公式：，计算得到法向量夹角阈值Angle_th，其中，N为三维表面点云中包括的总点数。

在上述各实施例的基础上，扫描信息确定模块330，可以包括：

分区边缘线获取单元，用于获取当前处理的目标物体表面分区，并在所述目标物体表面分区中获取垂直于所述目标物体表面分区的目标测地线方向的一条分区边缘线；

起始设置位置获取单元，用于沿分区边缘线上各点的法向量方向，将分区边缘线上各点移动预设的安全距离，得到起始扫描轴线上各点的设置位置；

曲线拟合单元，用于根据分区边缘线上各点的曲率，对起始扫描轴线上各点进行曲线拟合，得到起始扫描轴线的形状；

设置位置更新单元，用于以起始扫描轴线为起点，按照预设的扫描路径间隔，沿目标测地线方向进行等步长移动，确定出至少一个新的扫描轴线中各点的设置位置；

扫描轴线形状确定单元，用于按照新的扫描轴线中各点的设置位置，确定各所述新的扫描轴线在所述目标物体表面分区中的投影参考线，并根据各所述投影参考线的曲线形状，确定各所述新的扫描轴线的形状；

表面分区单元，用于返回执行获取当前处理的目标物体表面分区的操作，直至完成对全部物体表面分区的处理。

在上述各实施例的基础上，扫描轴线形状确定单元，可以具体用于：

沿新的扫描轴线上各点的设置位置，向所述目标物体表面分区进行投影，得到目标物体表面分区中与所述新的扫描轴线匹配的投影参考线上的投影点；

根据各投影点的曲率，对各所述新的扫描轴线上各点进行曲线拟合，得到各所述新的扫描轴线的形状。

在上述各实施例的基础上，所述安全距离由所述多视点扫描机构中摄像头视场的深度范围、精度和视场重叠范围大小共同确定；

所述扫描路径间隔由所述视场重叠范围大小确定。

本发明实施例所提供的三维物体的表面覆盖扫描装置可执行本发明任意实施例所提供的三维物体的表面覆盖扫描方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

实施例四

图8示出了可以用来实施本发明的实施例的电子设备10的结构示意图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备（如头盔、眼镜、手表等）和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。

如图8所示，电子设备10包括至少一个处理器11，以及与至少一个处理器11通信连接的存储器，如只读存储器（ROM）12、随机访问存储器（RAM）13等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器11可以根据存储在只读存储器（ROM）12中的计算机程序或者从存储单元18加载到随机访问存储器（RAM）13中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 13中，还可存储电子设备10操作所需的各种程序和数据。处理器11、ROM 12以及RAM 13通过总线14彼此相连。输入/输出（I/O）接口15也连接至总线14。

电子设备10中的多个部件连接至I/O接口15，包括：输入单元16，例如键盘、鼠标等；输出单元17，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元18，例如磁盘、光盘等；以及通信单元19，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元19允许电子设备10通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

处理器11可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器11的一些示例包括但不限于中央处理单元（CPU）、图形处理单元（GPU）、各种专用的人工智能（AI）计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器（DSP）、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器11执行上文所描述的各个方法和处理，例如如本发明实施例所述的三维物体的表面覆盖扫描方法。也即：

对目标三维物体的三维表面特征进行分割处理，得到多个区域点云，其中，不同区域点云对应目标三维物体上的不同物体表面分区；

根据各区域点云，确定与每个物体表面分区分别对应的测地线方向；

沿测地线方向，确定与每个物体表面分区对应的多条扫描轴线中各点的设置位置，并根据各扫描轴线中各点在物体表面分区投影位置处的物体表面形状，确定各扫描轴线的形状；

将确定出的各扫描轴线组合得到目标三维物体的覆盖扫描路径，并将覆盖扫描路径提供给多视点扫描机构，以供多视点扫描机构跟随覆盖扫描路径中各扫描轴线进行形变后，对目标三维物体进行覆盖扫描；

其中，多视点扫描机构包括可变形轴线和设置在可变形轴线上的多个摄像头，可变形轴线用于进行变形、扭转、拉伸以及压缩中的至少一项形变。

在一些实施例中，三维物体的表面覆盖扫描方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元18。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 12和/或通信单元19而被载入和/或安装到电子设备10上。当计算机程序加载到RAM 13并由处理器11执行时，可以执行上文描述的三维物体的表面覆盖扫描方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器11可以通过其他任何适当的方式（例如，借助于固件）而被配置为执行三维物体的表面覆盖扫描方法。

本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列（FPGA）、专用集成电路（ASIC）、专用标准产品（ASSP）、芯片上系统的系统（SOC）、负载可编程逻辑设备（CPLD）、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。

用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM或快闪存储器）、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器（CD-ROM）、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置（例如，CRT（阴极射线管）或者LCD（液晶显示器）监视器）；以及键盘和指向装置（例如，鼠标或者轨迹球），用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈（例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈）；并且可以用任何形式（包括声输入、语音输入或者、触觉输入）来接收来自用户的输入。

可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统（例如，作为数据服务器）、或者包括中间件部件的计算系统（例如，应用服务器）、或者包括前端部件的计算系统（例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互）、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信（例如，通信网络）来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网（LAN）、广域网（WAN）、区块链网络和互联网。

计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三维物体的表面覆盖扫描方法，其特征在于，包括：

对目标三维物体的三维表面特征进行分割处理，得到多个区域特征，其中，不同区域特征对应目标三维物体上的不同物体表面分区，所述三维表面特征包括三维表面点云或者三维表面点云的变形格式；

根据各区域特征，确定与每个物体表面分区分别对应的测地线方向；

沿测地线方向，确定与每个物体表面分区对应的多条扫描轴线中各点的设置位置，并根据各扫描轴线中各点在物体表面分区投影位置处的物体表面形状，确定各扫描轴线的形状；

将确定出的各扫描轴线组合得到目标三维物体的覆盖扫描路径，并将覆盖扫描路径提供给多视点扫描机构，以供多视点扫描机构跟随覆盖扫描路径中各扫描轴线进行形变后，对目标三维物体进行覆盖扫描；

其中，多视点扫描机构包括可变形轴线和设置在可变形轴线上的多个摄像头，可变形轴线用于进行变形、扭转、拉伸以及压缩中的至少一项形变。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，沿测地线方向，确定与每个物体表面分区对应的多条扫描轴线中各点的设置位置，并根据各扫描轴线中各点在物体表面分区投影位置处的物体表面形状，确定各扫描轴线的形状，包括：

获取当前处理的目标物体表面分区，并在所述目标物体表面分区中获取垂直于所述目标物体表面分区的目标测地线方向的一条分区边缘线；

沿分区边缘线上各点的法向量方向，将分区边缘线上各点移动预设的安全距离，得到起始扫描轴线上各点的设置位置；

根据分区边缘线上各点的曲率，对起始扫描轴线上各点进行曲线拟合，得到起始扫描轴线的形状；

以起始扫描轴线为起点，按照预设的扫描路径间隔，沿目标测地线方向进行等步长移动，确定出至少一个新的扫描轴线中各点的设置位置；

按照新的扫描轴线中各点的设置位置，确定各所述新的扫描轴线在所述目标物体表面分区中的投影参考线，并根据各所述投影参考线的曲线形状，确定各所述新的扫描轴线的形状；

返回执行获取当前处理的目标物体表面分区的操作，直至完成对全部物体表面分区的处理。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，按照新的扫描轴线中各点的设置位置，确定各所述新的扫描轴线在所述目标物体表面分区中的投影参考线，并根据各所述投影参考线的曲线形状，确定各所述新的扫描轴线的形状，包括：

沿新的扫描轴线上各点的设置位置，向所述目标物体表面分区进行投影，得到目标物体表面分区中与所述新的扫描轴线匹配的投影参考线上的投影点；

根据各投影点的曲率，对各所述新的扫描轴线上各点进行曲线拟合，得到各所述新的扫描轴线的形状。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述安全距离由所述多视点扫描机构中摄像头视场的深度范围、精度和视场重叠范围大小共同确定；

所述扫描路径间隔由所述视场重叠范围大小确定。

5.一种三维物体的表面覆盖扫描装置，其特征在于，包括：

区域特征获取模块，用于对目标三维物体的三维表面特征进行分割处理，得到多个区域特征，其中，不同区域特征对应目标三维物体上的不同物体表面分区，所述三维表面特征包括三维表面点云或者三维表面点云的变形格式；

测地线方向确定模块，用于根据各区域特征，确定与每个物体表面分区分别对应的测地线方向；

扫描信息确定模块，用于沿测地线方向，确定与每个物体表面分区对应的多条扫描轴线中各点的设置位置，并根据各扫描轴线中各点在物体表面分区投影位置处的物体表面形状，确定各扫描轴线的形状；

覆盖扫描模块，用于将确定出的各扫描轴线组合得到目标三维物体的覆盖扫描路径，并将覆盖扫描路径提供给多视点扫描机构，以供多视点扫描机构跟随覆盖扫描路径中各扫描轴线进行形变后，对目标三维物体进行覆盖扫描；

其中，多视点扫描机构包括可变形轴线和设置在可变形轴线上的多个摄像头，可变形轴线用于进行变形、扭转、拉伸以及压缩中的至少一项形变。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述扫描信息确定模块，包括：

分区边缘线获取单元，用于获取当前处理的目标物体表面分区，并在所述目标物体表面分区中获取垂直于所述目标物体表面分区的目标测地线方向的一条分区边缘线；

起始设置位置获取单元，用于沿分区边缘线上各点的法向量方向，将分区边缘线上各点移动预设的安全距离，得到起始扫描轴线上各点的设置位置；

曲线拟合单元，用于根据分区边缘线上各点的曲率，对起始扫描轴线上各点进行曲线拟合，得到起始扫描轴线的形状；

设置位置更新单元，用于以起始扫描轴线为起点，按照预设的扫描路径间隔，沿目标测地线方向进行等步长移动，确定出至少一个新的扫描轴线中各点的设置位置；

扫描轴线形状确定单元，用于按照新的扫描轴线中各点的设置位置，确定各所述新的扫描轴线在所述目标物体表面分区中的投影参考线，并根据各所述投影参考线的曲线形状，确定各所述新的扫描轴线的形状；

表面分区单元，用于返回执行获取当前处理的目标物体表面分区的操作，直至完成对全部物体表面分区的处理。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述扫描轴线形状确定单元，具体用于：

沿新的扫描轴线上各点的设置位置，向所述目标物体表面分区进行投影，得到目标物体表面分区中与所述新的扫描轴线匹配的投影参考线上的投影点；

根据各投影点的曲率，对各所述新的扫描轴线上各点进行曲线拟合，得到各所述新的扫描轴线的形状。

8.根据权利要求6所述的装置，所述安全距离由所述多视点扫描机构中摄像头视场的深度范围、精度和视场重叠范围大小共同确定；

所述扫描路径间隔由所述视场重叠范围大小确定。

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明权利要求1-4中任一项所述的三维物体的表面覆盖扫描方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-4中任一项所述的三维物体的表面覆盖扫描方法。