CN206556605U - 一种搭载Kinect的图像扫描及三维建模设备平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种搭载Kinect的图像扫描及三维建模设备平台，包括设置在支座平台上的相连接的信息收集设备和Kinect设备及手持扫描仪、GPS、激光测距仪与固定架等，信息收集设备为计算机设备，包括主机和显示器，手持扫描仪通过USB3.0接口数据线和所述计算机设备的主机相互连接。Kinect固定在平台伸出的固定架一端，固定端附带旋转支座，可调节Kinect的镜头对准方向。该实用新型可以解决传统人工探损方法工作量大、耗时长、容易造成安全隐患、主观性大等问题。本实用新型结构简单、生产成本低、可移动性强、应用范围较广，可以很容易地推广使用于建筑室内环境三维扫描和路面外表探损等方面。

Description

一种搭载Kinect的图像扫描及三维建模设备平台

技术领域

本实用新型属于建筑室内环境三维扫描和路面外表探损技术领域，具体涉及一种搭载Kinect的图像扫描及三维建模设备平台。

背景技术

传统的建筑(公路)外表面的损伤检测方法一般包含人工和半自动化两种方法。在人工方法中，经过训练的技术人员通过对损伤表面状况进行测量，对损伤严重度进行评估，从而对损伤的严重程度进行评判。人工方法工作量大且耗时较长，同时在工作中容易造成安全隐患。除此之外，人工方法主观性较大，损伤评级的结果因人而异，评价产生较大的偏差。

三维扫描是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术，主要用于对物体空间外形和结构及色彩进行扫描，以获得物体表面的空间坐标。Kinect设备是微软推出的计算机体感扫描式外设，该设备可以实现快速低廉方式的室内物体三维信息扫描。目前该设备已经在游戏领域取得了极大的成功，但是该设备在建筑表面探损应用很少且缺乏配套的搭载硬件平台。除此之外，该设备在土木工程领域的推广和应用存在以下几个问题：

(1)电源独特，该设备设计了专用的12V输入电压且接口形状为特殊设计的USB接口，一般USB供电接口输出电压均为5V无法驱动该设备，需要微软提供的专有电源转换器将220V电压转换才能驱动，作为一款移动式的扫描装置需要始终连接220V电源才能正常运行,限制了设备的使用范围，集中在室内进行使用。

(2)便携性差，原有设备的设计使用方法是放在固定位置例如电视机前，不能频繁

移动。因此Kinect设备仅有一个基座，没有可移动式的搭载装置来扩展其使用范围。

(3)扫描距离短，在保证足够精度的情况下，目前Kinect最佳的扫描距离约为4-5m，由于扫描距受到机器本身的参数限制，不可扩展。

Kinect传感器获取实验环境或物体深度信息的主要过程是：由红外线发射器发射出红外线，红外线在被测物体或环境中的目标遮挡后会产生镭射散斑。镭射散斑反射被红外摄像机读取，得到物体或环境的深度信息。深度信息的解码和运算由以色列的PrimeSense公司生产的PS1080芯片完成。获取的深度数据经过PCL算法的处理，能够间接的生成三维点云数据。

现有专利中存在一些搭载Kinect的硬件平台设计。

例如，中国专利，Kinect便携式野外采集硬件平台(申请号：201420425850.1)，所述的一种穿戴式的Kinect设备解决了Kinect设备应用电源问题，提高了Kinect设备的的野外实用性，通过滤光片的使用，扩大了Kinect的适用范围；这一技术方案通过滤光片的使用，可以使Kinect的三维扫描不受户外光照条件影响，从而大大提高了野外进行三维扫描的适应范围。但该项实用新型专利并没有提供整个穿戴式设备的结构示意图，且如果将相关数据采集设备通过穿戴式进行携带，一方面对仪器的散热性能提出更高的要求，另一方面由于人体的不断运动，很难对采集出的数据进行精确的定位，会造成数据噪声过大的问题，从而失去数据的有效性。

发明内容

实用新型目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种搭载Kinect的图像扫描及三维建模设备平台，解决传统人工探损方法工作量大、耗时长、容易造成安全隐患、主观性大等问题。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种搭载Kinect的图像扫描及三维建模设备平台，包括设置在支座平台上的相连接的信息收集设备和Kinect设备及手持扫描仪，所述信息收集设备为计算机设备，包括主机和显示器，所述手持扫描仪通过USB3.0接口数据线和所述计算机设备的主机相互连接；

所述支座平台上固定有固定架，所述固定架末端延伸至支座平台外侧，作为固定端通过旋转模块连接所述Kinect设备，所述旋转模块为旋转支座，围绕所述固定架末端旋转角度；

所述旋转模块的一端通过夹紧模块连接所述固定架末端，并围绕其转动，夹角范围为[-90°，90°]，所述夹紧模块上设置有夹紧螺钉和夹紧螺母用来控制和固定旋转模块的旋转角度；所述旋转模块的另一端与所述Kinect设备固连；所述固定架、旋转模块和夹紧模块构成Kinect设备的固定支座；

所述固定架上设置有GPS，位置在固定架与支座平台的交接处。

本实用新型的搭载Kinect的图像扫描及三维建模设备平台还搭载了具有高精度手持扫描仪用来配合Kinect采集特定部位的高精度点云数据。该手持扫描仪通过USB3.0接口数据线和主机相互连接，从而实现对采集到的点云数据的快速传输。高精度手持扫描仪能快速可靠地以三维方式记录空间、结构和物体的信息并创建高精度的点云。

进一步的，所述支座平台的平台骨架的支腿由上下两段构成，上半段套入下半段中并沿下半段上下滑动伸缩；下半段支腿的上端位置处设有高度调节器，为一个高度调节旋钮，调节所述支座平台的高度；所述高度调节旋钮通过控制上半段和下半段的结合松紧程度而间接的控制上下半段之间静摩擦力的大小，完成平台骨架的高度的固定和调整。

进一步的，所述固定架上设置有激光测距仪，距离固定架顶端10cm处。

进一步的，所述手持扫描仪具有<1.5mm的精度。凭借<1.5mm的精度，其适用于对物体进行多角度的、快速的测量。

进一步的，所述Kinect设备与移动电源相连接，所述移动电源设置在所述支座平台的底板上；为了防止移动电源在运动时产生位移，主机侧壁设置电源插槽用来固定移动电源的安装位置。

进一步的，所述信息收集设备为支持win8.1以上的windows系统的计算机设备，包含台式机和笔记本电脑、平板电脑，所述信息收集设备由移动电源进行供电，所述移动电源同时连接所述Kinect设备为其供电；所述信息收集设备的接口为USB3.0的接口。

进一步的，所述移动电源具体为12V移动电源，采用12V移动电源和12V的输入电源线来代替原有的220V的电压转换器。

进一步的，所述支座平台的底板下方连接有滚轮。

有益效果：目前国内缺少有效的可移动式Kinect搭载平台，本实用新型提供的搭载Kinect的图像扫描及三维建模设备平台，有益效果为：

1、从技术角度看，本实用新型可移动性强且应用范围较广，配合移动电源解除了Kinect对固定电源的限制，能够方便的对室内和室外的目标进行扫描，同时旋转模块保证了Kinect能够满足扫描对象对扫描角度的特定要求。

2、从经济角度，本实用新型结构简单、生产成本低，可以很容易地推广使用；和传统的建筑表面(路面)无损检测工具价格相比，成本仅为同类产品的1/100。且该装置使用简单，大大减少技术人员的工作量，降低主观因素所带来的各种误差。

3、从定位角度，本实用新型通过GPS和激光测距仪，能够准确的对建筑表面(路面)损伤进行定位，为GIS以及BIM系统的结合提供坐标依据。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型对建筑外表面损伤扫描过程示意图。

图3是本实用新型对公路表面损伤扫描过程示意图。

图4是通过Kinect设备5获取的初始点云数据示意图。

图5是三维重建效果示意图。

图中1.显示器，2.GPS，3.固定架，4.旋转模块，5.Kinect设备，6.激光测距仪，7.高度调节旋钮，8.移动电源，9.主机，10.滚轮，11.金属隔板，12.平台骨架，13.键鼠设备，14.手持扫描仪。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

本实用新型为一种搭载Kinect的图像扫描及三维建模设备平台装置。该平台包含显示器、Kinect设备、主机、GPS、激光测距仪与固定架等。Kinect固定在平台伸出的固定架一端，固定端附带旋转支座，可调节Kinect的镜头对准方向。该实用新型可以解决传统人工探损方法工作量大、耗时长、容易造成安全隐患、主观性大等问题。本实用新型结构简单、生产成本低、可移动性强、应用范围较广，可以很容易地推广使用于建筑室内环境三维扫描和路面外表探损等方面。

本实用新型搭载Kinect的图像扫描及三维建模设备平台的方法，包括以下步骤：

1)对准：将支座平台移动至表面损伤处，调节旋转模块使得Kinect设备镜头对准表面损伤；

2)采集：启动信息收集设备的三维扫描和数据获取程序，采集获得Kinect设备扫描出的目标物的三维特征数据；

3)处理：利用所述信息收集设备内的ArcGIS软件对所述目标物三维特征数据进行三维重建和几何特征提取，并显示出与目标物构造一致的三维图形；

4)判定：根据几何特征提取结果由软件自动对损伤进行评级。

实施例1

如图1所示为一种搭载Kinect的图像扫描及三维建模设备平台，信息收集设备采用台式机，包括主机9和显示器1，其中，显示器1和主机9相连，主机9和移动电源8相连，Kinect设备5和移动电源8相连，Kinect设备5和主机9相连，键鼠设备13和主机9相连，高精度手持扫描仪14与主机9通过USB3.0接口连接。

移动电源8与Kinect设备5一端相连，键鼠设备13一端与主机9相连；支座平台的下方平台骨架12由水平设置的金属隔板11分为上下两部分，主机9设置与下部，显示器1位于支座平台的上平面。台式机可以用便携式笔记本电脑和平板电脑代替。

高度调节旋钮7安装高度为距离平台骨架12上端约5cm处，旋转高度调节按钮7通过控制上下支腿滑动松紧来抬升平台骨架12的高度从而间接的提升Kinect设备5距离地面的高度，以满足不同高度的损伤扫描要求。滚轮10设置是方便该扫描平台在室内或者路面上更快的移动。激光测距仪6与固定架3相连接，用来测量Kinect设备5距离地面的高度，从而获得高度坐标，方便后期的数据处理。GPS2作用为定位损伤的坐标位置。手持式扫描仪14的扫描键为on键，点击on开始进行扫描，使用时注意按照一定的速度，慢速移动扫描仪，移动一段距离后，再按一下on键，扫描结束。扫描结束，内存卡内就会得到一张扫描出来的图像。

本实用新型的工作原理是：将扫描平台移动至表面损伤处，调节旋转模块4将Kinect设备5镜头对准表面损伤，打开移动电源8和主机9，启动三维扫描和数据获取程序获得Kinect设备5扫描出的数据，并将采集目标物的三维特征数据并传至主机9，在显示器1中显示，利用主机9内的ArcGIS软件对目标物三维特征数据对进行三维重建和几何特征提取，并显示出与目标物构造一致的三维图形，根据几何特征提取结果由软件自动对损伤进行评级。

实施例2

根据实施例1的方法，在图2所示实施图例中，主机9中含有相关程序来获取和处理Kinect设备5所采集的点云数据(对建筑的实验)。

实施例3

根据实施例1的方法，在图3所示实施图例中，主机9中含有相关程序来获取和处理Kinect设备5所采集的点云数据(对地面的实验)。

在实施例2中，通过Kinect设备5获取的初始点云数据如图4所示，利用主机9内的ArcGIS软件对目标物三维特征数据对进行三维重建和几何特征提取，并显示出与目标物构造一致的三维图形，为了更好的显示损伤的三维重建的效果，将损伤图形进行反转，具体三维重建效果图可参考图5。通过本实用新型可以提供一种更灵活的方式实时获取建筑(地面)表面损伤的三维信息，从而很大程度减少数据采集的工作量。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种搭载Kinect的图像扫描及三维建模设备平台，其特征在于：包括设置在支座平台上的相连接的信息收集设备和Kinect设备(5)及手持扫描仪(14)，所述信息收集设备为计算机设备，包括主机(9)和显示器，所述手持扫描仪(14)通过USB3.0接口数据线和所述计算机设备的主机(9)相互连接；

所述支座平台上固定有固定架(3)，所述固定架(3)末端延伸至支座平台外侧，作为固定端通过旋转模块(4)连接所述Kinect设备(5)，所述旋转模块(4)为旋转支座，围绕所述固定架(3)末端旋转角度；

所述旋转模块(4)的一端通过夹紧模块连接所述固定架(3)末端，并围绕其转动，夹角范围为[-90°，90°]，所述夹紧模块上设置有夹紧螺钉和夹紧螺母用来控制和固定旋转模块(4)的旋转角度；所述旋转模块(4)的另一端与所述Kinect设备(5)固连；所述固定架(3)、旋转模块(4)和夹紧模块构成Kinect设备(5)的固定支座；

所述固定架(3)上设置有GPS(2)，位置在固定架(3)与支座平台的交接处。

2.根据权利要求1所述的搭载Kinect的图像扫描及三维建模设备平台，其特征在于：所述支座平台的平台骨架(12)的支腿由上下两段构成，上半段套入下半段中并沿下半段上下滑动伸缩；下半段支腿的上端位置处设有高度调节器，为一个高度调节旋钮(7)，调节所述支座平台的高度；所述高度调节旋钮(7)通过控制上半段和下半段的结合松紧程度而间接的控制上下半段之间静摩擦力的大小，完成平台骨架(12)的高度的固定和调整。

3.根据权利要求1所述的搭载Kinect的图像扫描及三维建模设备平台，其特征在于：所述固定架(3)上设置有激光测距仪(6)，距离固定架(3)顶端10cm处。

4.根据权利要求1所述的搭载Kinect的图像扫描及三维建模设备平台，其特征在于：所述手持扫描仪(14)具有<1.5mm的精度。

5.根据权利要求1所述的搭载Kinect的图像扫描及三维建模设备平台，其特征在于：所述Kinect设备(5)与移动电源(8)相连接，所述移动电源(8)设置在所述支座平台的底板上；为了防止移动电源(8)在运动时产生位移，主机(9)侧壁设置电源插槽用来固定移动电源(8)的安装位置。

6.根据权利要求1所述的搭载Kinect的图像扫描及三维建模设备平台，其特征在于：所述信息收集设备为支持win8.1以上的windows系统的计算机设备，包含台式机和笔记本电脑、平板电脑，所述信息收集设备由移动电源(8)进行供电，所述移动电源(8)同时连接所述Kinect设备(5)为其供电；所述信息收集设备的接口为USB3.0的接口。

7.根据权利要求6所述的搭载Kinect的图像扫描及三维建模设备平台，其特征在于：所述移动电源(8)具体为12V移动电源，采用12V移动电源和12V的输入电源线来代替原有的220V的电压转换器。

8.根据权利要求1所述的搭载Kinect的图像扫描及三维建模设备平台，其特征在于：所述支座平台的底板下方连接有滚轮(10)。