CN219589631U - 用于三维扫描仪的相机安装部件和三维扫描仪 - Google Patents

Abstract

本公开实施例提供了一种用于三维扫描仪的相机安装部件和三维扫描仪。该相机安装部件包括相机安装支架，呈环形结构，并且包括分别用于定位安装相机的多个定位部，定位部沿相机安装支架的周向布置，以使得相机的以相机法线为中心的相机视场与相邻的相机的相机视场部分重叠；以及多个弹性安装套，分别包括周向壁和由周向壁围绕的、用于容纳相机的相机容纳腔，并且多个弹性安装套适于被分别可拆卸地耦合在多个定位部中，并允许周向壁在相机和定位部之间至少部分地弹性变形，以定位多个相机并使得多个相机的多条相机法线相交于法线交点。根据本公开的实施例通过弹性安装套把相机固定在相机安装支架，保证了相机坐标位置的精确性。

Description

用于三维扫描仪的相机安装部件和三维扫描仪

技术领域

本公开的示例实施例总体上涉及一种三维扫描仪，并且更具体地，涉及一种用于三维扫描仪的相机安装部件和三维扫描仪。

背景技术

三维扫描仪是利用三维扫描技术的一种科学仪器，用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状与外观数据。三维扫描技术在实际应用中所具有的重要意义是实现将实物立体信息转换为计算机能够识别与直接处理的数字信号，实现物体的非接触测量。三维扫描仪所搜集到的数据常被用来进行三维重建计算，在虚拟世界中创建实际物体的数字模型。三维扫描仪的用途之一是建立物体几何表面的点云，这些点可用来插补成物体的表面形状，越密集的点云可以建立更精确的模型(这个过程称作三维重建)。若扫描仪能够取得表面颜色，则可进一步在重建的表面上贴上材质贴图，亦即所谓的材质印射。

三维扫描仪目前也越来越多地应用于房屋构造的测量和扫描上。例如，在扫描室内环境时，三维扫描仪通常被放置在被扫描房屋的内部的固定位置，其光学探测部分(包括相机和激光雷达等)通常被驱动部件驱动旋转一周来完成房间构造的扫描。目前的三维扫描仪的相机安装部件存在无法保证多个相机的安装精度，从而出现影响相机标定以及所合成的图像质量等各种问题。

实用新型内容

在本公开的第一方面，提供了一种用于三维扫描仪的相机安装部件。该相机安装部件包括：相机安装支架，呈环形结构，并且包括分别用于定位安装相机的多个定位部，定位部沿相机安装支架的周向布置，以使得相机的以相机法线为中心的相机视场与相邻的相机的相机视场部分重叠；以及多个弹性安装套，分别包括周向壁和由周向壁围绕的、用于容纳相机的相机容纳腔，并且多个弹性安装套适于被分别可拆卸地耦合在多个定位部中，并允许周向壁在相机和定位部之间至少部分地弹性变形，以定位多个相机并使得多个相机的多条相机法线相交于法线交点。

通过使相邻的相机的相机视野重叠，有利于多个相机之间的参数的标定以及后续的数据处理，并提高数据融合的效果和质量。此外，采用弹性安装套能够以简单的部件确保多个相机之间的定位和装配精度，并有利于相机法线相交于法线交点。以此方式，能够降低多个相机之间的成像视差，并由此进一步提高数据融合的质量。

在一些实施例中，相机安装支架是一体成型的。采用一体成型的相机安装支架一方面能够保证相机安装支架的强度。另一方面，还能够确保相机安装支架上的多个定位部的精度。

在一些实施例中，弹性安装套包括：卡接部，从周向壁中的相对的至少两个壁沿轴向突出，以适于与相机安装支架卡接来将弹性安装套耦合在定位部中。通过卡接部，能够便利地将弹性安装套以及相机一起装配于定位部中，并且能够防止从定位部中脱出。

在一些实施例中，弹性安装套还包括：顶壁，被形成在周向壁的远离卡接部的一侧，并且包括用于供相机的镜头组件通过的通孔。以此方式，相机能够被便利地安装到弹性安装套中，从而提高了装配效率。

在一些实施例中，弹性安装套还包括：避让缺口部，被形成在周向壁中的至少一个侧壁中，以避让用于相机的电路组件。这种布置方式有利于相机以及电路组件在定位部中的装配，从而进一步提高装配效率和可靠性。

在一些实施例中，相机安装支架还包括：环形本体；以及多个突出框，从环形本体沿径向向外突出，多个突出框限定多个定位部。以此方式，能够进一步简化相机安装支架的生产和制造。

在一些实施例中，相机安装支架还包括：散热筋，被布置在环形本体部的与定位部对应的位置的径向内侧。散热筋有利于增大散热面积，从而有利于相机的散热，从而提高相机的可靠性。

在一些实施例中，相机安装支架还包括：安装支撑部，被布置在环形本体的轴向上的一侧，并且连接多个定位部。安装支撑部能够提高相机安装支架的强度，并便于相机安装支架与其他部件之间的装配。

在本公开的第二方面，公开了一种三维扫描仪。该三维扫描仪包括主安装支架，包括雷达安装部，用于安装所述三维扫描仪的激光雷达；以及前文中第一方面所述的相机安装部件，耦合至所述主安装支架。通过采用主安装支架和相机安装支架，能够可靠地保证相机以及激光雷达的定位和装配精度。

在一些实施例中，主安装支架包括第一相机对齐结构，并且其中所述相机安装部件的相机安装支架包括位于轴向上的一端的第二相机对齐结构，所述第二相机对齐结构适于与所述第一相机对齐结构耦合以将所述相机安装支架耦合至所述主安装支架，以使得所述激光雷达的雷达法线穿过法线交点。通过第一相机对齐结构和第二相机对齐结构，能够确保激光雷达的雷达法线穿过法线交点，并由此减少三维扫描仪在标定和数据处理中的数据处理量，由此来提高数据融合精度和可靠性。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了根据本公开实施例的相机安装部件的相机安装支架的立体视图；

图2示出了根据本公开实施例的相机安装部件的主视图，其中示出了相机的相机法线和相机视场；

图3示出了根据本公开实施例的相机安装部件的分解主视图；

图4示出了根据本公开实施例的弹性安装套的立体视图；

图5示出了根据本公开实施例的弹性安装套从另一个角度观察时的立体视图；

图6示出了根据本公开实施例的弹性安装套的仰视图；

图7示出了根据本公开实施例的相机安装部件和主安装支架的立体视图；以及

图8示出了根据本公开实施例的相机安装部件和主安装支架组装后的侧视图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

在本公开的实施例的描述中，术语“包括”及其类似用语应当理解为开放性包含，即“包括但不限于”。术语“基于”应当理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”或“该实施例”应当理解为“至少一个实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

三维扫描仪，又被称为三维相机或者虚拟现实(VR)相机，能够用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状(几何构造)与外观数据(如颜色、表面反照率等性质)。用于扫描房间构造的三维扫描仪通常包括两个部分，第一部分，也被称为驱动部件固定部件，用于固定诸如步进电机等的驱动部件；以及第二部分，也被称为感知部分，通常包括诸如相机的图像采集装置以及激光雷达。感知部分能够在驱动部件的驱动下相对于第一部分绕旋转轴线转动。在进行房间内部构造扫描时，三维扫描仪通常通过诸如三脚架等支撑装置而被固定在待扫描的房间的预定位置，通过驱动部件驱动感知部分转动预定角度，来完成整个房间内部结构的扫描，从而得到关于房间内部构造的图像数据和点云数据等。

三维扫描仪的相机能够用来获取环境中的图像数据，相机的一个重要参数是视场角(FOV)。视场角在光学工程中又称视场，视场角的大小决定了光学仪器的视场范围。相机的视场通常是以法线为中心并以相机的原点为顶点的锥形区域，该锥形区域的顶角即为视场角。每个相机的视场角在横向方向上和纵向方向上测量时可能是不同的。例如，有的相机的纵向视场角为100°左右，而横向视场角可能在80°左右。

激光雷达，又被称为LiDAR，是Light Detection and Ranging的缩写。LiDAR是一种传感技术，可发射低功率、人眼安全的激光进行脉冲测量，并测量激光完成传感器与目标之间往返所需的时间。所得的聚合数据用于生成3D点云图像，同时提供空间位置和深度信息以识别，分类和跟踪运动对象。与相机类似的，激光雷达也有视场角，即，传感器所覆盖的角度。激光雷达的视场角也以雷达法线为中心。

三维扫描仪通常包括多个相机。对于传统的三维扫描仪而言，由于用于安装固定相机的支架容易出现松动或者没有专用的支架，多个相机之间的位置容易发生变动。相机位置发生变动后其视场和相机法线均会发生变化，这会使三维扫描仪对相机的参数的初始标定失效，从而导致合成图像质量变差等各种问题。

本公开的实施例提供了一种用于三维扫描仪的相机安装部件，以解决或者至少部分地解决传统的相机安装部件所存在的上述问题或其他潜在问题。根据本公开实施例的相机安装支架102能够保证其上的每个相机202的安装精度和可靠性，从而保证安装后以及在使用过程中相机202的位置关系，进而确保了三维扫描仪所输出的图像质量的可靠性。

下面将结合附图来描述根据本公开实施例的用于三维扫描仪的相机安装部件的具体结构和改进。图1示出了相机安装部件的外部立体视图，图2和图3示出了相机安装支架102的正视图，其中图2中的相机202处于安装到位的状态，并示意性地示出了相机的相机法线1022和相机视场2022，图3中的弹性安装套108处于与相机安装支架102分离的状态。

如图1至图3所示，总体上，根据本公开实施例的相机安装部件包括相机安装支架102和多个弹性安装套108。相机安装支架102总体上呈环形结构。应当理解的是，这里所指的环形结构是指垂直于其轴线的截面形状大致呈环形，该环形不但包括圆环形，还可以包括多边形环形或其他适当的环形形状。

相机安装支架102包括用于分别定位安装相机202的多个定位部1021。每个定位部1021用于定位安装一个相机202。图1至图3示出了定位部1021的数量为4个，即，该相机安装支架102用来安装定位4个相机202。应当理解的是，这只是示意性的，并不旨在限制本公开的保护范围。定位部1021的数目和相机202的数目可以根据需要而做出调整，例如，分别为3个或5个或者更多个。

定位部1021沿相机安装支架102的周向间隔开预定距离布置。任两个相邻的定位部1021之间的间距可以相等或不相等，在此不做限定。定位部1021之间的间距被布置为，使得相机202在被定位安装在其中时，相机202的以相机法线1022为中心的相机法线2022与相邻的相机202的相机法线2022部分重叠。以此方式，可以利于相机202之间的参数标定以及后续的图像融合操作。此外，这种相机视场2022的重叠布置也可以减少图像边缘的畸变现象，从而提高图像输出质量。

在一些实施例中，相机安装支架102可以包括环形本体1025和分别限定多个定位部1021的多个突出框。多个突出框从环形本体1025径向地外突出。在一些实施例中，为了提高相机202定位的可靠性，相机安装支架102可以由金属材料一体成型。使用金属材料一体成型一方面能够保证强度和定位精度和可靠性。另一方面，金属材料有利于相机202以及所使用的电路组件的散热。

为了进一步加强散热，在一些实施例中，相机安装支架102还可以包括散热筋1024。如图2和图3所示，散热筋1024可以被布置在环形本体1025的与定位部1021对应的位置的径向内侧。散热筋1024能够增大环形本体1025与相机202和电路组件接触的部分的表面积，从而利于散热。以此方式，当相机202以及电路组件定位安装在定位部1021中时，相机202以及电路组件所产生的热量将能够被更有效地耗散，从而提高了相机202的可靠性。

在一些实施例中，为了进一步保证相机安装支架102的结构可靠性以及利于与其他部件的组装，相机安装支架102还可以包括安装支撑部1026。安装支撑部1026可以被布置在环形本体1025的在轴向上的一侧并且连接多个定位部1021。以此方式，安装支撑部1026能够进一步加强相机安装支架102的结构强度。另一方面，安装支撑部1026上还可以形成有若干紧固孔等结构，以用于将相机安装支架102紧固到后续将要提到的主安装支架101上，从而有利于部件之间的定位和组装。

多个弹性安装套108能够被分别可拆卸地耦合在多个定位部1021中，以用于稳固地定位相机202。图4、图5和图6分别示出了弹性安装套108的立体视图和仰视图。如图4至图6所示，弹性安装套108包括周向壁1082和由周向壁1082围绕的相机202容纳腔。周向壁1082的外部形状基本上遵循定位部1021的内部形状。

在一些实施例中，弹性安装套108可以由硅胶材料一体地模制成型。以此方式，可以利于相机202在安装部中的可靠定位和安装。当然，应当理解的是，弹性安装套108也可以由除硅胶之外的其他弹性材料一体地模制成型，例如橡胶等。

在相机202安装到定位部1021中之前，可以先将相机202套设在弹性安装套108中。为了利于相机202套设在弹性安装套108中，在弹性安装套108中可以有一些对应的结构以利于相机202及其电路组件被套设在其中并且防止相机202脱出。具体而言，在一些实施例中，弹性安装套108可以包括避让缺口部1085。如图5所示，避让缺口部1085可以被形成在周向壁1082中的至少一个侧壁中，以用来避让相机202的电路组件。以此方式，相机202以及电路组件能够更便利地被安装定位在弹性安装套108中。

在一些实施例中，弹性安装套108还可以包括顶壁1083。如图5和图6所示，顶壁1083形成在周向壁1082的远离卡接部1081的一侧，并且包括用于供相机202的镜头组件通过的通孔。在一些实施例中，在将相机202套设在弹性安装套108中时，可以利用弹性安装套108的弹性而将通孔扩大以将相机202的镜头组件套设在通孔中。通孔可以与镜头组件的配合部位紧配合从而利于相机202的可靠定位。

当然，在一些实施例中，通孔的作用也可以仅是供相机202的相机视场通过。也就是说，在一些实施例中，相机202的整体可以都被套设在弹性安装套108中。此外，弹性安装套108的相机202安装腔可以具有基本与相机202的外形匹配的形状，并且尺寸可以略小于相机202的外部尺寸。以此方式，相机202能够以紧配合的方式被套设在弹性安装套108之中。

在将相机202套设在弹性安装套108中之后，可以将弹性安装套108耦合至定位部1021。在一些实施例中，为了便于弹性安装套108可拆卸地耦合至定位部1021，弹性安装套108可以包括卡接部1081。如图5所示，卡接部1081被形成为从周向壁1082中的相对的至少两个壁沿轴向方向突出，以能够与相机安装支架102卡接来将弹性安装套108耦合至定位部1021中。卡接部1081的末端可以具有沿垂直于侧壁方向突出的凸耳。在将套设有相机202的弹性安装套108安装到定位部1021中之后，凸耳能够与相机安装支架102的边框抵接从而防止弹性安装套108从定位部1021中脱出。

在一些实施例中，相机202和定位部1021之间的尺寸可以略小于弹性安装套108的周向壁1082的壁厚，从而使得在将套设有相机202的弹性安装套108安装到定位部1021中之后，周向壁1082能够被挤压在相机202和定位部1021之间。以此方式，相机202能够被精确且可靠地定位安装在定位部1021中。

本公开的实施例还提供了一种三维扫描仪。该三维扫描仪包括主安装支架101和前文中所描述的相机安装支架102。主安装支架101和相机安装支架102组成了位于三维扫描仪内部的安装装置100。图7示出了安装装置的分解示意图，并且只示出了主安装支架101的部分结构。从图7可以看出，主安装支架101基本呈板状。在一些实施例中，主安装支架101可以沿纵向方向延伸，并且在延伸方向上包括两个端部，即，第一端和与第一端相对的第二端。在图7所示的视图中，只示出了主安装支架101的第一端。

主安装支架101包括适于布置激光雷达(未示出)的雷达安装部1014。在一些实施例中，雷达安装部1014可以布置在主安装支架101的第一端。为了确保激光雷达在主安装支架101上的定位精度，在激光雷达上一般设置有用于定位的结构。与之对应地，在主安装支架101上可以包括能够与激光雷达的对应结构对齐的激光雷达对齐结构。例如，在一些实施例中，激光雷达对齐结构可以包括分别具有不同的截面形状的多个凹坑。多个凹坑的截面形状能够分别与激光雷达本身上的对齐结构(例如凸起结构)的截面形状匹配。通过将激光雷达的凸起结构至少部分地插入到激光雷达对齐结构中来保证激光雷达在主安装支架101上的定位精度。然后，可以再通过适当的紧固件将定位好的激光雷达紧固到主安装支架101上。

为了保证上述部件的定位精度，主安装支架101还包括用于定位相机安装支架102的对齐结构(下称第一对齐结构)。与之对应地，在相机安装支架102上，包括能够与主安装支架101上的第一对齐结构耦合的第二对齐结构。通过将第一对齐结构和第二对齐结构耦合，能够确保相机安装支架102在主安装支架101上的定位精度，从而确保激光雷达的雷达法线1011穿过相机202的相机法线1022的法线交点1023，如图8所示。这能够显著降低后期激光雷达以及相机202标定以及数据融合的难度，从而提高三维扫描仪的可靠性。此外，该安装装置100还确保了激光雷达的雷达法线1011垂直于多个相机202的相机法线1022。这有利于三维扫描仪中各个部件的合理布局以及小型化。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种用于三维扫描仪的相机安装部件，其特征在于，包括：

相机安装支架(102)，呈环形结构，并且包括分别用于定位安装相机(202)的多个定位部(1021)，所述定位部(1021)沿所述相机安装支架(102)的周向布置，以使得所述相机(202)的以相机法线(1022)为中心的相机视场(2022)与相邻的相机(202)的相机视场(2022)部分重叠；以及

多个弹性安装套(108)，分别包括周向壁(1082)和由所述周向壁(1082)围绕的、用于容纳所述相机(202)的相机容纳腔，并且所述多个弹性安装套(108)适于被分别可拆卸地耦合在多个所述定位部(1021)中，并允许所述周向壁(1082)在所述相机(202)和所述定位部(1021)之间至少部分地弹性变形，以定位多个所述相机(202)并使得多个所述相机(202)的多条相机法线(1022)相交于法线交点(1023)。

2.根据权利要求1所述的相机安装部件，其特征在于，所述相机安装支架(102)是一体成型的。

3.根据权利要求1所述的相机安装部件，其特征在于，所述弹性安装套(108)包括：

卡接部(1081)，从所述周向壁(1082)中的相对的至少两个壁沿轴向突出，以适于与所述相机安装支架(102)卡接来将所述弹性安装套(108)耦合在定位部(1021)中。

4.根据权利要求3所述的相机安装部件，其特征在于，所述弹性安装套(108)还包括：

顶壁(1083)，被形成在所述周向壁(1082)的远离所述卡接部(1081)的一侧，并且包括用于供所述相机(202)的镜头组件通过的通孔。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的相机安装部件，其特征在于，所述弹性安装套(108)还包括：

避让缺口部(1085)，被形成在所述周向壁(1082)中的至少一个侧壁中，以避让用于所述相机(202)的电路组件。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的相机安装部件，其特征在于，所述相机安装支架(102)还包括：

环形本体(1025)；以及

多个突出框，从所述环形本体(1025)沿径向向外突出，所述多个突出框限定所述多个定位部(1021)。

7.根据权利要求6所述的相机安装部件，其特征在于，所述相机安装支架(102)还包括：

散热筋(1024)，被布置在所述环形本体(1025)部的与所述定位部(1021)对应的位置的径向内侧。

8.根据权利要求6所述的相机安装部件，其特征在于，所述相机安装支架(102)还包括：

安装支撑部(1026)，被布置在所述环形本体(1025)的轴向上的一侧，并且连接所述多个定位部(1021)。

9.一种三维扫描仪，其特征在于，包括：

主安装支架(101)，包括雷达安装部(1014)，用于安装所述三维扫描仪的激光雷达；以及

根据权利要求1-8中任一项所述的相机安装部件，耦合至所述主安装支架(101)。

10.根据权利要求9所述的三维扫描仪，其特征在于，所述主安装支架(101)包括第一相机对齐结构，并且

其中所述相机安装部件的相机安装支架(102)包括位于轴向上的一端的第二相机对齐结构，所述第二相机对齐结构适于与所述第一相机对齐结构耦合以将所述相机安装支架(102)耦合至所述主安装支架(101)，以使得所述激光雷达的雷达法线穿过法线交点。