CN117490633A - 跟踪设备的转站方法、三维扫描方法和三维扫描系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种跟踪设备的转站方法、三维扫描方法和三维扫描系统，其中，该跟踪设备的转站方法包括：获取扫描设备扫描第一特征物得到的第一扫描数据，基于该第一扫描数据，获取该第一特征物在第一位置坐标系下的第一特征数据和该第一特征物在第二位置坐标系下的第二特征数据；其中，该第一位置坐标系和该第二位置坐标系为该跟踪设备分别在第一位置和第二位置处建立；基于该第一特征数据和该第二特征数据进行拼接，得到该跟踪设备在第一位置和第二位置之间的位姿转换关系。通过本申请，解决了跟踪设备的转站方法的效率低的问题。

Description

跟踪设备的转站方法、三维扫描方法和三维扫描系统

技术领域

本申请涉及三维扫描技术领域，特别是跟踪设备的转站方法、三维扫描方法和三维扫描系统。

背景技术

跟踪式三维扫描是一种新型的三维扫描技术。相对于传统的贴点式三维扫描，跟踪式三维扫描技术使用更加方便、稳定性更好、测量范围更大，方便用户在车间、室外和各种复杂环境下轻松便捷地实现三维测量。

跟踪式三维扫描系统包括扫描设备和跟踪设备，其中跟踪设备用于定位扫描设备的位置，扫描设备用于进行物体表面数据扫描，因此扫描范围只是局限于跟踪设备可跟踪到的视野范围内，当遇到更大的被测物体时就需要跟踪设备移动到不同位置下进行跟踪扫描。在相关技术中，通常由跟踪设备跟踪相同的标记点进行拼接并计算得到两站之间的位姿关系以实现跟踪头的转站处理，使得扫描现场往往需要布置大量冗余的标记点，从而影响跟踪设备转站的效率。

目前针对相关技术中跟踪设备的转站方法的效率低的问题，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跟踪设备的转站方法、三维扫描方法和三维扫描系统，以至少解决相关技术中跟踪设备的转站方法的效率低的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种跟踪设备的转站方法，应用于包括扫描设备和所述跟踪设备的三维扫描系统，所述方法包括：

获取所述扫描设备扫描第一特征物得到的第一扫描数据；

基于所述第一扫描数据，获取所述第一特征物在第一位置坐标系下的第一特征数据和所述第一特征物在第二位置坐标系下的第二特征数据；其中，所述第一位置坐标系和所述第二位置坐标系为所述跟踪设备分别在第一位置和第二位置处建立；

基于所述第一特征数据和所述第二特征数据进行拼接，得到所述跟踪设备在第一位置和第二位置之间的位姿转换结果。

在其中一些实施例中，所述基于所述第一扫描数据，获取第一特征物在第一位置坐标系下的第一特征数据和第一特征物在第二位置坐标系下的第二特征数据，包括：

获取所述跟踪设备在所述第一位置时与所述扫描设备之间的第一转换矩阵；

基于所述第一扫描数据和所述第一转换矩阵，得到所述第一特征数据；

获取所述跟踪设备在所述第二位置时与所述扫描设备之间的第二转换矩阵；

基于所述第一扫描数据和所述第二转换矩阵，得到所述第二特征数据。

在其中一些实施例中，所述获取所述跟踪设备在所述第一位置时与所述扫描设备之间的第一转换矩阵，包括：

获取所述跟踪设备在所述第一位置时跟踪所述扫描设备的第一跟踪数据，并根据所述第一跟踪数据获取所述第一转换矩阵；

所述获取所述跟踪设备在所述第二位置时与所述扫描设备之间的第二转换矩阵，包括：

获取所述跟踪设备在所述第二位置时跟踪所述扫描设备的第二跟踪数据，并根据所述第二跟踪数据获取所述第二转换矩阵。

在其中一些实施例中，所述获取所述第一特征物在第一位置坐标系下的第一特征数据和所述第一特征物在第二位置坐标系下的第二特征数据，还包括：

所述第一位置坐标系基于所述跟踪设备在第一位置时所获取的第二特征物建立，所述第二位置坐标系基于所述跟踪设备在第二位置所获取的第三特征物建立。

在其中一些实施例中，所述基于所述第一扫描数据，获取所述第一特征物在第一位置坐标系下的第一特征数据和所述第一特征物在第二位置坐标系下的第二特征数据，包括：

获取所述跟踪设备在所述第一位置时与所述扫描设备之间的第一转换矩阵，以及所述跟踪设备在所述第一位置时与所述第二特征物之间的第三转换矩阵；

基于所述第一扫描数据、所述第一转换矩阵和所述第三转换矩阵，得到所述第一特征数据；

获取所述跟踪设备在所述第二位置时与所述扫描设备之间的第二转换矩阵，以及所述跟踪设备在所述第二位置时与所述第三特征物之间的第四转换矩阵；

基于所述第一扫描数据、所述第二转换矩阵和所述第四转换矩阵，得到所述第二特征数据。

在其中一些实施例中，获取所述跟踪设备在所述第一位置时与所述第二特征物之间的第三转换矩阵，包括：

获取所述跟踪设备在所述第一位置时跟踪所述第二特征物的第三跟踪数据，并根据所述第三跟踪数据获取所述第三转换矩阵；

获取所述跟踪设备在所述第二位置时与所述第三特征物之间的第四转换矩阵，包括：

获取所述跟踪设备在所述第二位置时跟踪所述第三特征物的第四跟踪数据，并根据所述第四跟踪数据获取所述第四转换矩阵。

在其中一些实施例中，在所述跟踪设备在相邻两站位置时，所述扫描设备扫描到的两组第一扫描数据之间存在不少于三个的相同所述第一特征物；或者，所述第一扫描数据携带有编码信息。

第二方面，本申请实施例提供了一种三维扫描方法，应用于如上述第一方面所述的跟踪设备的转站方法，所述三维扫描方法包括：

获取所述扫描设备扫描被测物体得到的第二扫描数据；

基于所述位姿转换结果对所述第二扫描数据进行拼接处理，得到针对所述被测物体的三维扫描结果；其中，所述位姿转换结果是根据如上述第一方面所述的跟踪设备的转站方法得到的。

第三方面，本申请实施例提供了一种三维扫描系统，所述系统包括扫描设备、跟踪设备和控制设备；

所述控制设备，分别连接所述扫描设备和所述跟踪设备，用于执行如上述第一方面所述的跟踪设备的转站方法，或者如上述第二方面所述的三维扫描方法。

在其中一些实施例中，上述跟踪设备有一个，且在所述扫描设备扫描过程中，所述跟踪设备移动至不同位置下跟踪所述扫描设备；或者，

所述跟踪设备包括至少两个，且至少两个所述跟踪设备分别在所述不同位置下跟踪所述扫描设备。

相比于相关技术，本申请实施例提供的跟踪设备的转站方法、三维扫描方法和三维扫描系统，通过获取扫描设备扫描第一特征物得到的第一扫描数据，基于该第一扫描数据，获取该第一特征物在第一位置坐标系下的第一特征数据和该第一特征物在第二位置坐标系下的第二特征数据；其中，该第一位置坐标系和该第二位置坐标系为该跟踪设备分别在第一位置和第二位置处建立；基于该第一特征数据和该第二特征数据进行拼接，得到该跟踪设备在第一位置和第二位置之间的位姿转换关系，从而实现了在现场部署有少量用于扫描拼接的标记物的情况下针对大工件扫描的跟踪设备转站方法，有效解决了跟踪设备的转站方法的效率低的问题。

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是根据本申请实施例的一种跟踪设备的转站方法的应用环境图；

图2是根据本申请实施例的一种跟踪设备的转站方法的流程图；

图3是根据本申请实施例的一种跟踪设备的转站方法的示意图；

图4是根据本申请实施例的另一种跟踪设备的转站方法的示意图；

图5是根据本申请实施例的一种三维扫描方法的流程图；

图6是根据本申请实施例的一种三维扫描系统的结构框图；

图7是根据本申请实施例的一种计算机设备内部的结构图。

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。

本申请提供的跟踪设备的转站方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。该应用环境可以包括扫描设备102、跟踪设备104和服务器106。其中，服务器106可以通过网络与扫描设备102、跟踪设备104进行通信。数据存储系统可以存储服务器106需要处理的数据。数据存储系统可以集成在服务器106上，也可以放在云上或其他网络服务器上。服务器106获取扫描设备102扫描第一特征物得到的第一扫描数据；该服务器106基于该第一扫描数据，获取该第一特征物在第一位置坐标系下的第一特征数据和该第一特征物在第二位置坐标系下的第二特征数据；其中，该第一位置坐标系和该第二位置坐标系为该跟踪设备104分别在第一位置和第二位置处建立；该服务器106基于该第一特征数据和该第二特征数据进行拼接，得到该跟踪设备104在第一位置和第二位置之间的位姿转换结果。该服务器106可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。

本实施例提供了一种跟踪设备的转站方法，应用于包括扫描设备和该跟踪设备的三维扫描系统，图2是根据本申请实施例的一种跟踪设备的转站方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：

步骤S210，获取该扫描设备扫描第一特征物得到的第一扫描数据。

上述第一特征物是指用于被扫描设备扫描，以对扫描设备的多帧扫描数据进行定位的的标记物。示例性地，该第一特征物可以是反光标记点、圆形标记点或其他特征物。该第一特征物可以预先贴附在被测物体表面。或者，该第一特征物也可以部署在扫描现场附近，只要该第一特征物在扫描现场的部署位置与该被测物体所在位置之间的位置关系固定即可；例如，该第一特征物可以部署在用于放置该被测物体的背景平面上。在实际应用中，扫描设备移动扫描位置，并对该被测物体，及其表面贴附好的第一特征物或部署在被测物体周围环境中的第一特征物进行扫描，得到包含第一特征物的坐标等数据的第一扫描数据。在相关技术中，该第一扫描数据通常是用于针对被测物体的后续三维建模。

步骤S220，基于该第一扫描数据，获取该第一特征物在第一位置坐标系下的第一特征数据和该第一特征物在第二位置坐标系下的第二特征数据；其中，该第一位置坐标系和该第二位置坐标系为该跟踪设备分别在第一位置和第二位置处建立。

在扫描过程中，扫描设备会不断移动其扫描位置，以便能够扫描到整个被测物体表面；特别是面向汽车、飞机等大体积的被测物体时，扫描设备的移动范围需要更加扩大。此时若由在固定位置下的跟踪设备对扫描设备进行跟踪定位，很容易出现扫描设备移动至该固定位置下的跟踪设备的视野范围之外，或者扫描设备位于跟踪设备的跟踪死角位置处，导致跟踪设备无法跟踪到扫描设备的现象。因此，通常还需要跟踪设备移动其位置，并实时获取到跟踪设备在不同跟踪位置下对扫描设备的跟踪结果，以确保跟踪设备能够及时跟踪到扫描过程中不断移动的扫描设备。

为了能够精确拼接和重建在跟踪设备移动前后扫描设备扫描到的数据，在一个可选的实施例中，是通过在被测物体上额外贴附大量专用于跟踪设备转站的标记点，由跟踪设备在不同位置下跟踪相同的转站标记点并进行拼接，进而实现跟踪设备的转站。然而，上述方式需要跟踪设备移动过程中必须始终能够跟踪到转站标记点才能拼接，对跟踪设备移动范围限制较大；特别是在面向大工件等被测物体时，被测物体标记往往需要贴附很多标记点才能实现较为准确的跟踪设备转站，从而极大影响了跟踪设备转站效率。本申请为了改善上述问题，通过上述步骤将扫描设备移动扫描过程中的第一扫描数据，坐标转换到跟踪设备在不同位置处所对应建立的坐标系下，以省略跟踪设备跟踪转站标记点的步骤。具体而言，当跟踪设备位于第一位置处，可以基于跟踪设备在该第一位置下跟踪扫描设备的跟踪数据，将同一时刻下扫描设备扫描上述第一特征物得到的扫描设备坐标系下的第一扫描数据转换到第一位置坐标系下，得到上述第一特征数据；该第一位置坐标系即为跟踪设备在第一位置下所对应建立的坐标系。接下来，当跟踪设备自第一位置移动至第二位置处，可以基于跟踪设备在该第二位置下跟踪扫描设备的跟踪数据，将同一时刻下扫描设备移动并扫描第一特征物的到的第一扫描数据转换到第二位置坐标系下，得到上述第二特征数据；该第二位置坐标系即为跟踪设备在第二位置下所对应建立的坐标系。

可以理解的是，上述第一位置和上述第二位置，是指跟踪设备在其移动过程中所处的任意两个不同位置。即，该第一位置和该第二位置可以是跟踪设备移动过程中的相邻的两个位置，也可以是间隔了若干站的两个位置。

步骤S230，基于该第一特征数据和该第二特征数据进行拼接，得到该跟踪设备在第一位置和第二位置之间的位姿转换结果。

具体地，可以针对上述第一特征数据和第二特征数据进行标记点拼接。由于第一特征数据所包含的至少部分第一特征物的坐标，与第二特征数据所包含的至少部分第二特征物的坐标之间的位置关系是固定的，因此可以通过分别转换到不同位置坐标系下的特征数据，计算得到对应在第一位置下的跟踪设备，与对应在第二位置下的跟踪设备之间的位姿转换关系，最终实现了跟踪设备的转站。可以理解的是，本申请中也可以通过上述步骤确定跟踪设备在第三位置下与其他位置之间的位姿转换结果，或确定在更多位置下的位姿转换结果，从而实现跟踪设备移动至任意位置下的转站方法，在此不再赘述。

通过上述步骤S210至步骤S230，将扫描设备扫描第一特征物得到的第一扫描数据，分别坐标转换到第一位置坐标系下和第二位置坐标系下，根据跟踪设备的不同位置坐标系下的特征物数据确定跟踪设备的转站结果，因此无需再额外布置供跟踪设备跟踪的固定标记点，即可实现跟踪设备的转站以及三维扫描数据的拼接，从而实现了在现场部署有少量用于扫描拼接的标记物的情况下，针对大工件被测物体扫描的精确的跟踪设备转站方法，有效解决了跟踪设备的转站效率低的问题。并且，在跟踪设备转站过程中，第一特征物不需要一定被跟踪设备看到，使得跟踪设备的灵活性和易用性得到了有效提升。

在其中一些实施例中，上述基于该第一扫描数据，获取第一特征物在第一位置坐标系下的第一特征数据和第一特征物在第二位置坐标下的第二特征数据，包括如下步骤：

获取该跟踪设备在该第一位置时与该扫描设备之间的第一转换矩阵；基于该第一扫描数据和该第一转换矩阵，得到该第一特征数据。具体地，上述第一转换矩阵，是指用于表示在第一位置下的跟踪设备所对应的坐标系，与扫描设备所对应的坐标系之间的位姿转换关系的转换矩阵。该第一转换矩阵可以根据在第一位置下的跟踪设备对扫描设备的跟踪定位结果获取得到。则根据上述第一转换矩阵，可以将上述位于扫描设备坐标系下的第一扫描数据进行坐标转换，得到在第一位置坐标系下的第一特征数据。

获取该跟踪设备在该第二位置时与该扫描设备之间的第二转换矩阵；基于该第一扫描数据和该第二转换矩阵，得到该第二特征数据。具体地，上述第二转换矩阵，是指用于表示在第二位置下的跟踪设备所对应的坐标系，与扫描设备所对应的坐标系之间的位姿转换关系的转换矩阵。该第二转换矩阵可以根据在第二位置下的跟踪设备对扫描设备的跟踪定位结果获取得到。则根据上述第二转换矩阵，可以将上述位于扫描设备坐标系下的第二扫描数据进行坐标转换，得到在第二位置坐标系下的第二特征数据。

通过上述实施例，通过分别确定好的第一位置下的跟踪设备，以及在第二位置下的跟踪设备与扫描设备之间的转换矩阵，将扫描设备扫描到的第一扫描数据转换到第一位置坐标系下和第二位置坐标系下，从而确保了坐标转换的准确性，进而有效提高了跟踪设备的转换方法的准确性。

在其中一些实施例中，上述获取该跟踪设备在该第一位置时与该扫描设备之间的第一转换矩阵，包括如下步骤：获取该跟踪设备在该第一位置时跟踪该扫描设备的第一跟踪数据，并根据该第一跟踪数据获取该第一转换矩阵。其中，上述扫描设备可以预先贴附有用于跟踪设备进行跟踪的，少量的跟踪标记点，即该跟踪标记点在该扫描设备上的部署位置出厂时已固定并记录好；该跟踪标记点的数量可以为至少3个。在实际应用过程中，跟踪设备移动至第一位置下，对其视野范围内的扫描设备进行跟踪，此时该跟踪设备可以获取得到在跟踪扫描设备时，看到的扫描设备上的跟踪标记点的第一跟踪数据；则该第一跟踪数据包含在第一位置坐标系下的跟踪标记点的坐标等数据。因此，基于该第一跟踪数据，以及出厂时配置好的标记点坐标数据之间的对应关系，可以通过标记点拼接等算法计算得到上述第一转换矩阵。

上述获取该跟踪设备在第二位置时与该扫描设备之间的第二转换矩阵，包括如下步骤：获取该跟踪设备在该第二位置时跟踪该扫描设备的第二跟踪数据，并根据该第二跟踪数据获取该第二转换矩阵。与上述步骤相类似，跟踪设备移动至第二位置下，对其视野范围内的扫描设备进行跟踪，此时该跟踪设备可以获取得到在跟踪扫描设备时，看到的扫描设备上的跟踪标记点的第二跟踪数据；则该第二跟踪数据包含在第二位置坐标系下的跟踪标记点的坐标等数据。进而可以基于该第二跟踪结果计算得到上述第二转换矩阵。

通过上述步骤，通过跟踪设备在不同位置下实时跟踪扫描设备的跟踪数据，可以分别确定在不同位置下的跟踪设备和扫描设备之间的转换矩阵，从而有效提高了跟踪设备转站过程中的转换矩阵确定的准确性和实时性，进一步提高了跟踪设备转站的效率。

下面结合实际应用场景对本申请实施例进行详细说明。以上述被测物体为待扫描汽车为例，图3是根据本申请实施例的一种跟踪设备的转站方法的示意图，如图3所示，在该应用场景中，待扫描汽车的车顶预先粘贴有至少3个第一特征物32；扫描设备在扫描过程中环绕待扫描汽车移动，并对该待扫描汽车及其贴附有的第一特征物32进行扫描。跟踪设备面向待扫描汽车，并对扫描设备进行跟踪。图中示出了在两站不同位置下的跟踪设备，其中，跟踪设备A可以用于表示在第一位置下的跟踪设备，跟踪设备B可以用于表示在第二位置下的跟踪设备。可以理解的是，跟踪设备A和跟踪设备B可以是位于不同位置下的两个不同的跟踪设备，也可以由第一位置移动至第二位置的同一跟踪设备。则在实际应用中，上述跟踪设备的转站方法包括如下步骤：

步骤S301，跟踪设备A位于第一位置下时，由扫描设备对车顶的第一特征物32进行扫描并重建得到标记物集合M0，此时该标记物集合M0中的数据均处在扫描设备坐标系下；其中，上述第一扫描数据包括标记物集合M0。

步骤S302，第一位置下的跟踪设备A在同一时刻看到扫描设备，可以计算得到扫描设备与跟踪设备A之间的位姿关系RT0，即得到上述第一转换矩阵。

步骤S303，根据上述位姿关系RT0，将上述标记点集合M0转换到第一位置坐标系下，得到第一特征数据M0’。

步骤S304，将跟踪设备转移位置到第二位置下，记为跟踪设备B；此时由扫描设备对车顶的第一特征物32进行扫描并重建得到标记物集合M1，该标记物集合M1中的数据均在扫描设备坐标系下；其中，上述第一扫描数据包括标记物集合M1。

步骤S305，第二位置下的跟踪设备B在同一时刻看到扫描设备，可以计算得到扫描设备与跟踪设备B之间的位姿关系RT1，即得到上述第二转换矩阵。

步骤S306，根据上述位姿关系RT1，将上述标记点集合M1转换到第二位置坐标系下，得到第二特征数据M1’。

步骤S307，将第一特征数据M0’和第二特征数据M1’进行标记点拼接，计算得到跟踪设备A和跟踪设备B之间的位姿关系RTAB，即得到上述位姿转换结果。

步骤S308，重复上述步骤，跟踪设备可以移动到其他位置，且均能对其坐标进行位姿关系计算，从而实现跟踪设备的转站。

在其中一些实施例中，上述获取该第一特征物在第一位置坐标系下的第一特征数据和该第一特征物在第二位置坐标系下的第二特征数据，还包括：该第一位置坐标系基于该跟踪设备在第一位置时所获取的第二特征物建立，该第二位置坐标系基于该跟踪设备在第二位置时所获取的第三特征物建立。其中，上述第二特征物是指贴附在被测物体表面或者被测物体附近的少量标记物，且该第二特征物的部署位置应当在位于第一位置下的跟踪设备的视野范围内。类似地，该第三特征物应当在位于第二位置下的跟踪设备的视野范围内。可以理解的是，该第二特征物和该第三特征物之间的标记物数据可以不重复，也就是说，该第二特征物中的标记物集合可以与第三特征物的标记物集合完全不重合。此外，该第二特征物和该第三特征物可以是与上述第一特征物的标记物类型、尺寸等信息相同或不同的标记物。则通过上述基于第二特征物建立的第一位置坐标系，以及基于第三特征物建立的第二位置坐标系，可以将上述扫描设备扫描到的第一扫描数据坐标分别转换到第二特征物所在的坐标系下，以及第三特征物所在的坐标系下。

需要补充说明的是，当在震动环境等动态应用场景下被测物体不停变动时，跟踪设备无法保持正常静置不动的状态，被测物体和跟踪设备之间的位姿关系会发生动态变换，导致跟踪设备难以实现精确定位。因此，为了进一步确保在动态环境下跟踪设备转站的准确性，本实施例中，通过将上述第一扫描数据转换到基于第二特征物建立的坐标系下，以及基于第三特征物建立的坐标下，从而能够将被测物体表面或现场附近相应位置下部署的各组特征物之间的位姿关系，作为跟踪设备转站过程中的辅助定位数据，以代替不同位置下的跟踪设备之间的位姿关系，避免了跟踪设备与被测物体之间位姿关系不断动态变化，所导致的跟踪设备转站不准确的问题。并且，由于上述第二特征物和第三特征物是用于在动态环境下，辅助确定不同位置的跟踪设备之间的位姿关系，因此在被测物体表面或现场附近所贴附的第二特征物、第三特征物的数量只需要少量即可，即在每站位置下的跟踪设备的视野范围内可以仅部署有少量的相应特征物，无需将被测物体表面各个部位均贴满标记物。例如，该第二特征物、第三特征物的数量可以分别是3个。

上述跟踪设备和扫描设备可以是分开独立设置；或者，该跟踪设备也可以与该扫描设备一体式设计，例如采用跟踪式扫描仪，则该跟踪式扫描仪上安装的各跟踪头即为上述跟踪设备。更具体而言，在本实施例中，上述跟踪设备可以是手持式设备，即由用户手持独立设置或一体式设置的跟踪设备，该跟踪设备对扫描设备进行实时跟踪；此时可以由用户确保跟踪设备移动到的每站位置下的视野范围内均能够跟踪到相应的少量特征物。或者，该独立设置的跟踪设备或跟踪式扫描仪等跟踪设备也可以搭载在机械臂等可移动装置上，并由可移动装置带动跟踪设备自主移动到每站位置下；此时，为了确保跟踪设备在每站位置均能够跟踪到少量特征物，可以预先根据被测物体表面或者现场附近贴附的少量特征物的部署位置，计算生成该可移动装置的路径规划信息，以便该可移动装置可以基于预先生成的路径规划信息，带动跟踪设备移动至不同站位置，且该跟踪设备在每站位置下能够看到少量特征物，进而实现上述跟踪设备的转站方法。例如，跟踪设备需要从当前位置移动至上述第一位置，并从该第一位置移动至上述第二位置，则此时可以预先基于第一位置对应的第二特征物，以及第二位置对应的第三特征物的部署位置生成上述路径规划信息，再由上述可移动装置基于该路径规划信息带动该跟踪设备自主移动至相应位置，从而进一步有效提高了跟踪设备的转站方法的智能化程度。

通过上述实施例，基于第二特征物建立上述第一位置坐标系，以及基于第三特征物建立第二位置坐标系，实现了在震动环境等动态应用场景下的高精度的跟踪设备转站方法，使得上述跟踪设备的转站方法在静态或动态环境下均能够确保跟踪设备转站的准确性，从而有效扩展了应用场景，提高了跟踪设备转站方法的准确性。

在其中一些实施例中，上述基于该第一扫描数据，获取该第一特征物在第一位置坐标系下的第一特征数据和该第一特征物在第二位置坐标系下的第二特征数据，包括如下步骤：

步骤S221，获取跟踪设备在该第一位置时与该扫描设备之间的第一转换矩阵，以及该跟踪设备在该第一位置时与该第二特征物之间的第三转换矩阵；基于该第一扫描数据、该第一转换矩阵和该第三转换矩阵，得到该第一特征数据。

其中，上述第三转换矩阵可以根据在第一位置下的跟踪设备对第二特征物的跟踪定位结果获取得到。则针对上述第一扫描数据的坐标转换过程，具体可以为：通过上述扫描设备与在第一位置下的跟踪设备之间的第一转换矩阵，得到当前时刻下在第一位置下的跟踪设备坐标系的扫描数据。然后再通过上述第三转换矩阵，将上述扫描数据坐标转换到以第二特征物建立的第一位置坐标系下，得到上述第一特征数据。

步骤S223，获取跟踪设备在该第二位置时与该扫描设备之间的第二转换矩阵，以及该跟踪设备在该第二位置时与该第三特征物之间的第四转换矩阵；基于该第一扫描数据、该第二转换矩阵和该第四转换矩阵，得到该第二特征数据。

其中，上述第四转换矩阵可以根据在第二位置下的跟踪设备对第三特征物的跟踪定位结果获取得到。与上述步骤S222相类似，通过上述第二转换矩阵和第四转换矩阵，可以将上述第一扫描数据转换到以第三特征物建立的第二位置坐标系下，得到上述第二特征数据。可以理解的是，由于在震动环境下跟踪设备无法保持静置，如果直接基于转换到不同位置的跟踪设备坐标系下的数据进行拼接和转站，会导致转站精度较低，因此本实施例中通过引入的相对位置关系保持固定的第二特征物和第三特征物，并根据在跟踪设备在相应位置下看到的第二特征物和第三特征物之间的位姿关系，确定上述位姿转换结果，从而实现了在震动环境下的高精度的跟踪设备转站方法。

在其中一些实施例中，上述获取该跟踪设备在该第一位置时与该第二特征物之间的第三转换矩阵，包括如下步骤：获取该跟踪设备在该第一位置时跟踪该第二特征物的第三跟踪数据，并根据该第三跟踪数据获取该第三转换矩阵。在实际应用过程中，跟踪设备移动至第一位置下，对其视野范围内的扫描设备进行跟踪并得到第一跟踪数据，同时在第一位置下的跟踪设备还可以看到被测物体表面对应部位贴附好的第二特征物，此时该跟踪设备可以获取得到包含该第二特征物的坐标等数据的第三跟踪数据。因此，基于该第三跟踪数据，利用标记点拼接等算法可以计算得到上述第三转换矩阵。

获取该跟踪设备在该第二位置时与该第三特征物之间的第四转换矩阵，包括如下步骤：获取该跟踪设备在该第二位置时跟踪该第三特征物的第四跟踪数据，并根据该第四跟踪数据获取该第四转换矩阵。与上述步骤相类似，跟踪设备移动至第二位置下，对其视野范围内的扫描设备以及被测物体表面对应部位贴附好的第三特征物进行跟踪，此时该跟踪设备可以获取得到包含第三特征物的坐标等数据的第四跟踪数据，进而可以基于该第四跟踪数据计算得到上述第四转换矩阵。

通过上述实施例，通过跟踪设备在不同位置下实时跟踪扫描设备以及对应特征物的跟踪数据，有效提高了各转换矩阵确定的准确性和实时性，从而进一步提高了跟踪设备转站的效率。

下面结合实际应用场景对本申请实施例进行详细说明。以上述被测物体为待扫描汽车为例，图4是根据本申请实施例的另一种跟踪设备的转站方法的示意图，如图4所示，该应用场景为动态环境，则基于上述图3所示的应用场景，待扫描汽车的侧面贴有少量的标记物。其中，待扫描汽车右侧贴附的标记物位于在第一位置下的跟踪设备的视野范围内，该组标记物为上述第二特征物42；该待扫描汽车左侧贴附的标记物位于在第二位置下的跟踪设备的视野范围内，该组标记物为上述第三特征物44。上述跟踪设备的转站方法包括如下步骤：

步骤S401，跟踪设备A位于第一位置下时，由扫描设备对车顶的第一特征物32进行扫描并重建得到标记点集合M0，此时该标记物集合M0中的数据均处在扫描设备坐标系下；其中，上述第一扫描数据包括标记物集合M0。

步骤S402，第一位置下的跟踪设备A在同一时刻看到扫描设备，可以计算得到扫描设备与跟踪设备A之间的位姿关系RT0，即得到上述第一转换矩阵。同时，跟踪设备A也看到待扫描汽车右侧的第二特征物42，并对其进行重建得到标记点集合G0，可以计算得到跟踪设备A与第二特征物42之间的位姿关系RT0’，即得到上述第三转换矩阵。

步骤S403，根据上述位姿关系RT0和RT0’，将上述标记点集合M0转换到基于第二特征物42建立的第一位置坐标系下，得到第一特征数据M0’。

步骤S404，将跟踪设备转移位置到第二位置下，记为跟踪设备B；此时由扫描设备对车顶的第一特征物32进行扫描并重建得到标记物集合M1，该标记物集合M1中的数据均在扫描设备坐标系下；其中，上述第一扫描数据包括标记物集合M1。

步骤S405，第二位置下的跟踪设备B在同一时刻看到扫描设备，可以计算得到扫描设备与跟踪设备B之间的位姿关系RT1，即得到上述第二转换矩阵。同时，跟踪设备B也看到待扫描汽车左侧的第三特征物44，并对其进行重建得到标记点集合G1，可以计算得到跟踪设备B与第三特征物44之间的位姿关系RT1’，即得到上述第四转换矩阵。

步骤S406，根据上述位姿关系RT1和RT1’，将上述标记点集合M1转换到基于第三特征物44建立的第二位置坐标系下，得到第二特征数据M1’。

步骤S407，将第一特征数据M0’和第二特征数据M1’进行标记点拼接，计算得到第二特征物42和第三特征物44之间的位姿关系RTlr，即得到上述位姿转换结果。

步骤S408，重复上述步骤，跟踪设备可以移动到其他位置，且均能对其坐标进行位姿关系计算，从而实现跟踪设备的转站。

在其中一些实施例中，当跟踪设备在相邻两站位置时，上述扫描设备对应时刻下扫描到的两组第一扫描数据之间存在不少于三个的相同第一特征物。其中，各组第一扫描数据的第一特征物相同，可以是指各组中的至少三个第一特征物之间的拓扑结构或位置等信息相同。通过扫描设备扫描到具有至少三个相同第一特征物的多组扫描数据，能够避免在后续标记物拼接过程中出现拼接失败或有误的现象。或者，上述第一扫描数据携带有编码信息；该编码信息是指针对对应的第一特征物预先编码设定好的，用于指示该第一特征物的精确位置的编码信息。其中，该第一特征物的编码特征在图像中是唯一的，因此能起到定位的作用。可以理解的是，上述被测物体表面贴附有多个第一特征物时，可以将部分第一特征物设置为携带有编码信息的标记物，其余部分第一特征物仍然为普通标记物；扫描设备扫描各第一特征物即可得到携带有编码信息的第一扫描数据，并可以在后续步骤中基于该编码信息精确拼接各帧扫描数据。

本实施例还提供了一种三维扫描方法，应用于上述任一项跟踪设备的转站方法的实施例，图5是根据本申请实施例的一种三维扫描方法的流程图，如图5所示，该流程还包括如下步骤：

步骤S510，获取扫描设备扫描被测物体得到的第二扫描数据。

其中，上述第二扫描数据是指扫描设备对被测物体表面进行扫描得到的被测物体表面特征数据。一般地，该扫描设备可以同时扫描得到上述第一扫描数据和该第二扫描数据。

步骤S520，基于该位姿转换结果对该第二扫描数据进行拼接处理，得到针对该被测物体的三维扫描结果；其中，该位姿转换结果是根据上述任一项跟踪设备的转站方法实施例中的步骤得到的。

具体而言，可以根据上述位姿转换结果，将对应跟踪设备移动至的不同位置下，扫描设备移动并扫描被测物体表面得到的各帧扫描数据进行拼接和重建处理，最终得到该被测物体的三维扫描模型，即得到上述三维扫描结果。

通过上述步骤S510至步骤S520，通过基于上述跟踪设备的转站方法计算得到的不同位置下的跟踪设备之间的位姿转换结果，实现扫描设备扫描到的各帧数据之间的精确拼接，能够有效提高跟踪设备的转站效率，进而提高了三维扫描效率，实现了高效、精确的三维扫描方法。

需要说明的是，在上述流程中或者附图的流程图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本实施例还提供了一种三维扫描系统，图6是根据本申请实施例的一种三维扫描系统的结构框图，如图6所示，该系统包括扫描设备102、跟踪设备104和控制设备62；该控制设备62，分别连接该扫描设备102和该跟踪设备104，用于执行上述任一项方法实施例中的步骤。其中，该控制设备62可以为单片机、主控芯片、计算机或服务器等用于控制跟踪设备104的转站流程或三维扫描流程的硬件设备。该控制设备62和该扫描102之间可以通过传输设备进行数据传输；在一个实施例中，传输设备可以包括一个网络适配器(NetworkInterface Controller，简称为NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯；在另一实施例中，传输设备可以为射频(Radio Frequency，简称为RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。或者，该控制设备62也可以集成部署在该扫描设备102上。

通过上述实施例，控制设备62根据利用上述跟踪设备104的转站方法计算得到不同位置下的跟踪设备104之间的位姿转换结果，实现扫描设备102扫描到的各帧数据之间的精确拼接，能够有效提高跟踪设备104的转站效率，进而提高了三维扫描效率，并且在应用过程中由于跟踪设备104不需要一定看到第一特征物，使得三维扫描系统中各设备的移动和使用能够更加灵活，从而实现了高效、精确、灵活的三维扫描系统。

在其中一些实施例中，上述跟踪设备104有一个，且在该扫描设备102扫描过程中，该跟踪设备104移动至不同位置下跟踪该扫描设备102。则上述控制装置62可以基于上述任一项跟踪设备104的转站方法实施例中的步骤，对该跟踪设备104在不同位置之间的位姿转换关系进行计算。或者，上述跟踪设备104包括至少两个，且至少两个该跟踪设备104分别在该不同位置下跟踪该扫描设备102。例如，针对大体积的被测物体，可以在应用现场部署多个跟踪设备104，各跟踪设备104可以在相应的预设工作空间内移动，且各跟踪设备104分别与上述控制装置62连接。则该控制装置62也可以根据上述方法实施例对跟踪设备104进行转站处理。通过上述实施例，上述三维扫描系统中可以设置有一个或多个跟踪设备104，且控制装置62均可以高效计算得到在不同位置下的跟踪设备104之间的位姿转换结果，从而有效扩展了三维扫描系统的应用场景，进一步提高了三维扫描系统的应用灵活性。

在其中一些实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，图7是根据本申请实施例的一种计算机设备内部的结构图，如图7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、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储位姿转换结果。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现上述跟踪设备的转站方法或上述三维扫描方法。

本领域技术人员可以理解，图7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计算机设备的限定，具体的计算机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。

本实施例还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

可选地，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。

可选地，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：

S1，获取该扫描设备扫描第一特征物得到的第一扫描数据。

S2，基于该第一扫描数据，获取该第一特征物在第一位置坐标系下的第一特征数据和该第一特征物在第二位置坐标系下的第二特征数据；其中，该第一位置坐标系和该第二位置坐标系为该跟踪设备分别在第一位置和第二位置处建立。

S3，基于该第一特征数据和该第二特征数据进行拼接，得到该跟踪设备在第一位置和第二位置之间的位姿转换结果。

需要说明的是，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

另外，结合上述实施例中的跟踪设备的转站方法，本申请实施例可提供一种存储介质来实现。该存储介质上存储有计算机程序；该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种跟踪设备的转站方法或三维扫描方法。

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。

本领域的技术人员应该明白，以上所述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 (10)

1.一种跟踪设备的转站方法，其特征在于，应用于包括扫描设备和所述跟踪设备的三维扫描系统，所述方法包括：

获取所述扫描设备扫描第一特征物得到的第一扫描数据；

基于所述第一扫描数据，获取所述第一特征物在第一位置坐标系下的第一特征数据和所述第一特征物在第二位置坐标系下的第二特征数据；其中，所述第一位置坐标系和所述第二位置坐标系为所述跟踪设备分别在第一位置和第二位置处建立；

基于所述第一特征数据和所述第二特征数据进行拼接，得到所述跟踪设备在第一位置和第二位置之间的位姿转换结果。

2.根据权利要求1所述的转站方法，其特征在于，所述基于所述第一扫描数据，获取第一特征物在第一位置坐标系下的第一特征数据和第一特征物在第二位置坐标系下的第二特征数据，包括：

获取所述跟踪设备在所述第一位置时与所述扫描设备之间的第一转换矩阵；

基于所述第一扫描数据和所述第一转换矩阵，得到所述第一特征数据；

获取所述跟踪设备在所述第二位置时与所述扫描设备之间的第二转换矩阵；

基于所述第一扫描数据和所述第二转换矩阵，得到所述第二特征数据。

3.根据权利要求2所述的转站方法，其特征在于，所述获取所述跟踪设备在所述第一位置时与所述扫描设备之间的第一转换矩阵，包括：

获取所述跟踪设备在所述第一位置时跟踪所述扫描设备的第一跟踪数据，并根据所述第一跟踪数据获取所述第一转换矩阵；

所述获取所述跟踪设备在所述第二位置时与所述扫描设备之间的第二转换矩阵，包括：

获取所述跟踪设备在所述第二位置时跟踪所述扫描设备的第二跟踪数据，并根据所述第二跟踪数据获取所述第二转换矩阵。

4.根据权利要求1所述的转站方法，其特征在于，所述获取所述第一特征物在第一位置坐标系下的第一特征数据和所述第一特征物在第二位置坐标系下的第二特征数据，还包括：

所述第一位置坐标系基于所述跟踪设备在第一位置时所获取的第二特征物建立，所述第二位置坐标系基于所述跟踪设备在第二位置所获取的第三特征物建立。

5.根据权利要求4所述的转站方法，其特征在于，所述基于所述第一扫描数据，获取所述第一特征物在第一位置坐标系下的第一特征数据和所述第一特征物在第二位置坐标系下的第二特征数据，包括：

获取所述跟踪设备在所述第一位置时与所述扫描设备之间的第一转换矩阵，以及所述跟踪设备在所述第一位置时与所述第二特征物之间的第三转换矩阵；

基于所述第一扫描数据、所述第一转换矩阵和所述第三转换矩阵，得到所述第一特征数据；

获取所述跟踪设备在所述第二位置时与所述扫描设备之间的第二转换矩阵，以及所述跟踪设备在所述第二位置时与所述第三特征物之间的第四转换矩阵；

基于所述第一扫描数据、所述第二转换矩阵和所述第四转换矩阵，得到所述第二特征数据。

6.根据权利要求5所述的转站方法，其特征在于，获取所述跟踪设备在所述第一位置时与所述第二特征物之间的第三转换矩阵，包括：

获取所述跟踪设备在所述第一位置时跟踪所述第二特征物的第三跟踪数据，并根据所述第三跟踪数据获取所述第三转换矩阵；

获取所述跟踪设备在所述第二位置时与所述第三特征物之间的第四转换矩阵，包括：

获取所述跟踪设备在所述第二位置时跟踪所述第三特征物的第四跟踪数据，并根据所述第四跟踪数据获取所述第四转换矩阵。

7.根据权利要求1所述的转站方法，其特征在于，在所述跟踪设备在相邻两站位置时，所述扫描设备扫描到的两组第一扫描数据之间存在不少于三个的相同所述第一特征物；或者，所述第一扫描数据携带有编码信息。

8.一种三维扫描方法，其特征在于，应用于权利要求1至7任一项所述的跟踪设备的转站方法，所述三维扫描方法包括：

获取所述扫描设备扫描被测物体得到的第二扫描数据；

基于所述位姿转换结果对所述第二扫描数据进行拼接处理，得到针对所述被测物体的三维扫描结果；其中，所述位姿转换结果是根据如权利要求1至9任一项所述的跟踪设备的转站方法得到的。

9.一种三维扫描系统，其特征在于，所述系统包括扫描设备、跟踪设备和控制设备；

所述控制设备，分别连接所述扫描设备和所述跟踪设备，用于执行如权利要求1至7任一项所述的跟踪设备的转站方法，或者如权利要求8所述的三维扫描方法。

10.根据权利要求9所述的三维扫描系统，其特征在于，所述跟踪设备有一个，且在所述扫描设备扫描过程中，所述跟踪设备移动至不同位置下跟踪所述扫描设备；或者，

所述跟踪设备包括至少两个，且至少两个所述跟踪设备分别在所述不同位置下跟踪所述扫描设备。