CN108759669B - 一种室内自定位三维扫描方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种室内自定位三维扫描方法及系统，其方法包括获取室内墙壁上标志反光点在第一坐标系的坐标，获取跟踪扫描仪中跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息；获取标志反光点在跟踪相机中的成像点位置，获取立体相机扫描目标物体形成的扫描点在第二坐标系的坐标；确定扫描点在第一坐标系的坐标，并在第一坐标系下对扫描点进行融合；如此重复直至完成对目标物体的整体扫描，得到不同扫描点在第一坐标系的坐标的融合结果，并根据不同扫描点对应的融合结果在第一坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型。本发明的扫描方法可避免在物体表面粘贴标志点，实现全方位，高精度、高效、便捷的三维重建，并且室内测量场景可以重复使用。

Description

一种室内自定位三维扫描方法及系统

技术领域

本发明涉及光学扫描技术领域，尤其涉及一种室内自定位三维扫描方法及系统。

背景技术

三维光学扫描仪已经能够便捷地解决大部分表面纹理匮乏的物体的高精测量工作，但是其必须在待测物体表面粘贴大量分布均匀的标志反光点用于扫描中的帧拼接，而在每个待测物体表面粘贴标志点过程繁琐，花费大量的时间，加大了扫描测量的工作量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种室内自定位三维扫描方法及系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种室内自定位三维扫描方法，包括如下步骤：

步骤1：获取室内墙壁上标志反光点在第一坐标系的坐标，获取跟踪扫描仪中跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息；

步骤2：所述跟踪相机对所述标志反光点进行成像,获取所述标志反光点在所述跟踪相机中的成像点位置，所述立体相机对目标物体进行扫描，并根据所述立体相机在第二坐标系的位姿信息确定所述立体相机扫描所述目标物体形成的扫描点在第二坐标系的坐标；

步骤3：根据所述跟踪相机在第二坐标系的位姿信息、标志反光点在所述跟踪相机中的成像点位置、标志反光点在第一坐标系的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标确定所述扫描点在第一坐标系的坐标，并在第一坐标系下对所述扫描点进行融合；

步骤4：重复上述步骤2和步骤3，直至完成对所述目标物体的整体扫描，得到不同扫描点在第一坐标系的坐标的融合结果，并根据不同扫描点在第一坐标系的坐标融合结果在第一坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型；

其中，所述第一坐标为以室内墙壁上的至少四个标志反光点构建的三维坐标系，所述第二坐标系为以所述跟踪扫描仪为中心构建的三维坐标系。

本发明的有益效果是：本发明的室内自定位三维扫描方法，通过所述扫描仪的跟踪相机和立体相机分别对所述标志反光点和目标物体进行扫描，获取标志反光点的成像点位置和扫描点在第二坐标系的坐标，进而结合立体相机在第二坐标系的位姿信息和标志反光点在第一坐标系的坐标确定扫描点在第一坐标系的坐标，从而在第一坐标系中构面目标物体表面，并生成目标物体的三维模型，可避免在物体表面粘贴大量标志点，实现全方位，高精度、高效、便捷的三维重建，并且室内测量场景可以重复使用。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步：所述步骤1中，所述获取跟踪扫描仪中跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息具体包括：

利用所述标志反光点在第一坐标系的坐标对所述跟踪扫描仪的跟踪相机和立体相机分别进行标定，得到所述跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息。

上述进一步方案的有益效果是：通过对所述扫描仪中跟踪相机和立体相机进行标定，可以确定所述扫描仪的参数信息，比如扫描仪的镜头基线长度和内外参数，从而可根据所述扫描仪的参数计算出扫描仪中跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息，便于后续根据所述立体相机在第二坐标系的位姿信息确定所述立体相机在目标物体上形成的扫描点在第二坐标系的坐标。

进一步：所述步骤3具体包括：

步骤31：根据所述跟踪扫描仪中的跟踪相机在第二坐标系的位姿信息、标志反光点在跟踪扫描仪的跟踪相机中的成像点位置、标志反光点在第一坐标系中的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标确定扫描点在第一坐标系的坐标；

步骤32：将第一坐标系所在立体空间进行网格化，使得目标物体上的扫描点落入对应的网格；

步骤33：对第一坐标系的扫描点进行融合，根据所述扫描点在第一坐标系的坐标计算每一个网格中心点到物体表面最近扫描点的近似有向距离。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述跟踪相机在第二坐标系的位姿信息、标志反光点在跟踪相机中的成像点位置和标志反光点在第一坐标系中的坐标可以准确的计算出所述扫描点在第一坐标系的坐标，从而便于根据所述扫描点在第一坐标系的坐标在所述第一坐标系中的融合结果构建目标物体表面，生成目标物体三维模型，得到精确的扫描结果。

进一步：所述步骤31具体包括：

步骤311：根据所述标志反光点在第一坐标系的坐标和标志反光点在跟踪扫描仪的跟踪相机中的成像点位置，利用后方交会算法确定所述跟踪扫描仪中的跟踪相机在第一坐标系中的位姿信息；

步骤312：根据所述扫跟踪描仪中跟踪相机在第一坐标系中的位姿信息和所述跟踪扫描仪中的跟踪相机在第二坐标系的位姿信息确定所述第一坐标系和第二坐标系之间的坐标转换关系；

步骤313：根据所述坐标转换关系将所述扫描点在第二坐标系中的坐标转换到第一坐标系中，得到扫描点在第一坐标系的坐标。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述标志反光点在第一坐标系的坐标和标志反光点在跟踪相机中的成像点位置可以准确的计算所述跟踪相机在第一坐标系中的位置姿态信息，进而可以根据跟踪相机在第一坐标系中的位置姿态信息和跟踪相机在第二坐标系中的位置姿态信息确定第一坐标系和第二坐标系之间的坐标变换关系，从而可以准确的确定扫描点在第一坐标系的坐标，便于在根据所述扫描点在第一坐标系的坐标得到精确的扫描结果。

进一步：所述步骤4中，所述在第一坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型具体包括：

步骤41：根据不同网格中心点到物体表面最近扫描点的所述近似有向距离构建位于对应网格内的目标物体子表面；

步骤42：根据所有网格对应的所述目标物体子表面生成目标物体表面，生成目标物体三维模型。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述近似有向距离，可以在每个网格内构建所述目标物体对应的表面区域，从而可以最终形成目标物体的三维模型创建，形成精确的扫描结果，快速高效，并且适用范围较广。

本发明还提供了一种室内自定位三维扫描系统，包括摄影测量组件、跟踪扫描仪和主控制器；

所述摄影测量组件，用于获取室内墙壁上标志反光点在第一坐标系的坐标；

所述跟踪扫描仪，包括跟踪相机和两个立体相机，所述跟踪相机用于对所述标志反光点进行扫描,获取所述标志反光点在跟踪相机中的成像点位置，所述立体相机用于对目标物体进行扫描；

所述主控制器，用于获取扫描仪中跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息，根据所述立体相机在第二坐标系的位姿信息确定所述立体相机扫描所述目标物体形成的扫描点在第二坐标系的坐标，并根据所述扫描仪中跟踪相机在第二坐标系的位姿信息、标志反光点在跟踪扫描仪的跟踪相机中的成像点位置、标志反光点在第一坐标系的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标确定所述扫描点在第一坐标系的坐标，并在第一坐标系下对所述扫描点进行融合，如此重复，直至完成对所述目标物体的整体扫描，得到不同扫描点在第一坐标系的坐标的融合结果，并根据不同扫描点在第一坐标系的坐标融合结果在第一坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型；

其中，所述第一坐标为以室内墙壁上的至少四个标志反光点构建的三维坐标系，所述第二坐标系为以所述跟踪扫描仪为中心构建的三维坐标系。

本发明的室内自定位三维扫描系统，通过所述扫描仪的跟踪相机和立体相机分别对所述标志反光点和目标物体进行扫描，获取标志反光点的成像点位置和扫描点在第二坐标系的坐标，进而结合立体相机在第二坐标系的位姿信息和标志反光点在第一坐标系的坐标确定扫描点在第一坐标系的坐标，从而在第一坐标系中构面目标物体表面，并生成目标物体的三维模型，可避免在物体表面粘贴大量标志点，实现全方位，高精度、高效、便捷的三维重建，并且室内测量场景可以重复使用。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步：所述主控制器获取跟踪扫描仪中跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息具体包括：

利用所述标志反光点在第一坐标系的坐标对所述跟踪扫描仪的跟踪相机和立体相机分别进行标定，得到所述跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息。

上述进一步方案的有益效果是：通过对所述扫描仪中跟踪相机和立体相机进行标定，可以确定所述扫描仪的参数信息，比如扫描仪的镜头基线长度和内外参数，从而可根据所述扫描仪的参数出扫描仪中跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息，便于后续根据所述立体相机在第二坐标系的位姿信息确定所述立体相机在目标物体上形成的扫描点在第二坐标系的坐标，以及根据跟踪相机在第一坐标系的位姿信息计算第一坐标系和第二坐标系之间的转换关系，并结合所述扫描点在第二坐标系的坐标确定扫描点在第一坐标系的坐标。

进一步：所述主控制器有具体用于：

根据所述跟踪扫描仪中的跟踪相机在第二坐标系的位姿信息、标志反光点在跟踪扫描仪的跟踪相机中的成像点位置、标志反光点在第一坐标系中的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标确定扫描点在第一坐标系的坐标；

将第一坐标系所在立体空间进行网格化，使得目标物体上的扫描点落入对应的网格；

对第一坐标系的扫描点进行融合，计算每一个网格中心点到物体表面最近的扫描点的近似有向距离。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述跟踪相机在第二坐标系的位姿信息、标志反光点在跟踪相机中的成像点位置和标志反光点在第一坐标系中的坐标可以准确的计算出所述扫描点在第一坐标系的坐标，从而便于根据所述扫描点在第一坐标系的坐标在所述第一坐标系中的融合结果构建目标物体表面，生成目标物体三维模型，得到精确的扫描结果。

进一步：所述主控制器确定扫描点在第一坐标系的坐标具体实现为：

根据所述标志反光点在第一坐标系的坐标和标志反光点在跟踪扫描仪的跟踪相机中的成像点位置，利用后方交会算法确定所述跟踪扫描仪中的跟踪相机在第一坐标系中的位姿信息；

根据所述扫跟踪描仪中跟踪相机在第一坐标系中的位姿信息和所述跟踪扫描仪中的跟踪相机在第二坐标系的位姿信息确定所述第一坐标系和第二坐标系之间的坐标转换关系；

根据所述坐标转换关系将所述扫描点在第二坐标系中的坐标转换到第一坐标系中，得到扫描点在第一坐标系的坐标。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述标志反光点在第一坐标系的坐标和标志反光点在跟踪相机中的成像点位置可以准确的计算所述跟踪相机在第一坐标系中的位置姿态信息，进而可以根据跟踪相机在第一坐标系中的位置姿态信息和跟踪相机在第二坐标系中的位置姿态信息确定第一坐标系和第二坐标系之间的坐标变换关系，从而可以准确的确定扫描点在第一坐标系的坐标，便于在根据所述扫描点在第一坐标系的坐标得到精确的扫描结果。

进一步：所述在第一坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型具体实现为：

根据不同网格中心点到物体表面最近扫描点的所述近似有向距离构建位于对应网格内的目标物体子表面；

根据所有网格对应的所述目标物体子表面生成目标物体表面，生成目标物体三维模型。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述近似有向距离，可以在每个网格内构建所述目标物体对应的表面区域，从而可以最终形成目标物体的三维模型创建，形成精确的扫描结果，快速高效，并且适用范围较广。

附图说明

图1为本发明的室内自定位三维扫描方法流程示意图；

图2为本发明的室内自定位三维扫描系统结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种室内自定位三维扫描方法，包括如下步骤：

步骤1：获取室内墙壁上标志反光点在第一坐标系的坐标，获取跟踪扫描仪中跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息；

步骤2：所述跟踪相机对所述标志反光点进行成像,获取所述标志反光点在所述跟踪相机中的成像点位置，所述立体相机对目标物体进行扫描，并根据所述立体相机在第二坐标系的位姿信息确定所述立体相机扫描所述目标物体形成的扫描点在第二坐标系的坐标；

步骤3：根据所述跟踪相机在第二坐标系的位姿信息、标志反光点在所述跟踪相机中的成像点位置、标志反光点在第一坐标系的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标确定所述扫描点在第一坐标系的坐标，并在第一坐标系下对所述扫描点进行融合；

步骤4：重复上述步骤2和步骤3，直至完成对所述目标物体的整体扫描，得到不同扫描点在第一坐标系的坐标的融合结果，并根据不同扫描点在第一坐标系的坐标融合结果在第一坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型；

其中，所述第一坐标为以室内墙壁上的至少四个标志反光点构建的三维坐标系，所述第二坐标系为以所述跟踪扫描仪为中心构建的三维坐标系。

本发明实施例的室内自定位三维扫描方法，通过所述扫描仪的跟踪相机和立体相机分别对所述标志反光点和目标物体进行扫描，获取标志反光点的成像点位置和扫描点在第二坐标系的坐标，进而结合立体相机在第二坐标系的位姿信息和标志反光点在第一坐标系的坐标确定扫描点在第一坐标系的坐标，从而在第一坐标系中构面目标物体表面，并生成目标物体的三维模型，可避免在物体表面粘贴大量标志点，实现全方位，高精度、高效、便捷的三维重建，并且室内测量场景可以重复使用。

相对于现有技术中在目标物体表面粘贴很多标志反光点等繁琐操作而言，本发明无需在在目标物体表面粘贴标志反光点，通过借助室内场景中设置在墙壁上的标志反光点和摄影测量组件，即可实现对目标物体进行全方位，高效，高精度的扫描，并且该室内场景可以反复使用。

本发明的实施例中，所述步骤1中，所述获取跟踪扫描仪中跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息具体包括：

利用所述标志反光点在第一坐标系的坐标对所述跟踪扫描仪的跟踪相机和立体相机分别进行标定，得到所述跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息。

上述实施例中，通过对所述扫描仪中跟踪相机和立体相机进行标定，可以确定所述扫描仪的参数信息，比如扫描仪的镜头基线长度和内外参数，从而可根据所述扫描仪的参数出扫描仪中跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息，便于后续根据所述立体相机在第二坐标系的位姿信息确定所述立体相机在目标物体上形成的扫描点在第二坐标系的坐标。

相比现有技术中在使用扫描仪的时候，由于移动，运输，或者触碰而需要进行重复标定，本申请中通过对扫描仪一次标定，并确定跟踪扫描仪中跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息，后续无需再对跟踪扫描仪中跟踪相机和立体相机进行重复标定，大大降低了扫描测量的工作量，提高扫描测量效率。

本发明的实施例中，所述步骤3具体包括：

步骤31：根据所述跟踪扫描仪中的跟踪相机在第二坐标系的位姿信息、标志反光点在跟踪扫描仪的跟踪相机中的成像点位置、标志反光点在第一坐标系中的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标确定扫描点在第一坐标系的坐标；

步骤32：将第一坐标系所在立体空间进行网格化，使得目标物体上的扫描点落入对应的网格；

步骤33：对第一坐标系的扫描点进行融合，根据所述扫描点在第一坐标系的坐标计算每一个网格中心点到物体表面最近扫描点的近似有向距离。

上述实施例中，通过所述跟踪相机在第二坐标系的位姿信息、标志反光点在跟踪相机中的成像点位置和标志反光点在第一坐标系中的坐标可以准确的计算出所述扫描点在第一坐标系的坐标，从而便于根据所述扫描点在第一坐标系的坐标在所述第一坐标系中的融合结果构建目标物体表面，生成目标物体三维模型，得到精确的扫描结果。

优选地，所述步骤31具体包括：

步骤311：根据所述标志反光点在第一坐标系的坐标和标志反光点在跟踪扫描仪的跟踪相机中的成像点位置，利用后方交会算法确定所述跟踪扫描仪中的跟踪相机在第一坐标系中的位姿信息；

步骤312：根据所述扫跟踪描仪中跟踪相机在第一坐标系中的位姿信息和所述跟踪扫描仪中的跟踪相机在第二坐标系的位姿信息确定所述第一坐标系和第二坐标系之间的坐标转换关系；

步骤313：根据所述坐标转换关系将所述扫描点在第二坐标系中的坐标转换到第一坐标系中，得到扫描点在第一坐标系的坐标。

上述实施例中，通过所述标志反光点在第一坐标系的坐标和标志反光点在跟踪相机中的成像点位置可以准确的计算所述跟踪相机在第一坐标系中的位置姿态信息，进而可以根据跟踪相机在第一坐标系中的位置姿态信息和跟踪相机在第二坐标系中的位置姿态信息确定第一坐标系和第二坐标系之间的坐标变换关系，从而可以准确的确定扫描点在第一坐标系的坐标，便于在根据所述扫描点在第一坐标系的坐标得到精确的扫描结果。

在本发明的实施例中，所述步骤4中，所述在第一坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型具体包括：

步骤41：根据不同网格中心点到物体表面最近扫描点的所述近似有向距离构建位于对应网格内的目标物体子表面；

步骤42：根据所有网格对应的所述目标物体子表面生成目标物体表面，生成目标物体三维模型。

上述实施例中，通过所述近似有向距离，可以在每个网格内构建所述目标物体对应的表面区域，从而可以最终形成目标物体的三维模型创建，形成精确的扫描结果，快速高效，并且适用范围较广。

实际中，可以将第一坐标系所在空间划分为0.5mm*0.5mm*0.5mm的网格，当所述跟踪相机扫描的一帧数据落入某一网格时，一帧数据中有多个多段线，假设一个多段线的点解构成为{p1,p2,…,pn}，每一个多段线可以计算得到除了多段线端点以外其他点的切线，对每一个线段t，计算该多段线中每条线段两端的端点的切线，假设为ti和tj，

得到多段线上除了端点之外的点的切线：

再确定每一条线段的影响范围，并求解在影响范围内的扫描点的近似有向距离。该方法为现有技术，这里不再赘述。

如图2所示，本发明还提供了一种室内自定位三维扫描系统，包括摄影测量组件、跟踪扫描仪和主控制器；

所述摄影测量组件，用于获取室内墙壁上标志反光点在第一坐标系的坐标；

所述跟踪扫描仪，包括跟踪相机和两个立体相机，所述跟踪相机用于对所述标志反光点进行扫描,获取所述标志反光点在跟踪相机中的成像点位置，所述立体相机用于对目标物体进行扫描；

所述主控制器，用于获取扫描仪中跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息，根据述立体相机在第二坐标系的位姿信息确定所述立体相机扫描所述目标物体形成的扫描点在第二坐标系的坐标，并根据所述扫描仪中跟踪相机在第二坐标系的位姿信息、标志反光点在跟踪扫描仪的跟踪相机中的成像点位置、标志反光点在第一坐标系的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标确定所述扫描点在第一坐标系的坐标，并在第一坐标系下对所述扫描点进行融合，如此重复，直至完成对所述目标物体的整体扫描，得到不同扫描点在第一坐标系的坐标的融合结果，并根据不同扫描点在第一坐标系的坐标融合结果在第一坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型；

其中，所述第一坐标为以室内墙壁上的至少四个标志反光点构建的三维坐标系，所述第二坐标系为以所述跟踪扫描仪为中心构建的三维坐标系。

需要指出的是，本发明中，所述跟踪扫描仪包括跟踪相机、立体相机、扫描器(包括但不限于激光投射器或者三班投射器)、三脚架和横杆，横杆的中部与三脚架的顶端活动连接，立体相机为两个，分别设置在横杆的两端，整个跟踪扫描仪的中心可选取为横杆的中心点，跟踪相机和投射器设置在横杆的中部，所述立体相机在标定时朝向墙壁设置，墙壁上设置有多个(至少四个)标志反光点，待标定结束后，所述立体相机朝向目标物体设置，并对目标物体进行扫描，所述跟踪相机朝向墙壁上的标志反光点并对标志反光点进行成像，投射器朝向目标物体设置。

所述摄影测量组件包括拍照相机、墙壁上标志反光点和刻度尺等，通过对参考标志点进行拍照然后计算出墙壁上标志反光点在第一坐标系的坐标，具体的算法为现有技术，这里不再赘述。

本发明实施例的室内自定位三维扫描系统，通过所述扫描仪的跟踪相机和立体相机分别对所述标志反光点和目标物体进行扫描，获取标志反光点的成像点位置和扫描点在第二坐标系的坐标，进而结合立体相机在第二坐标系的位姿信息和标志反光点在第一坐标系的坐标确定扫描点在第一坐标系的坐标，从而在第一坐标系中构面目标物体表面，并生成目标物体的三维模型，可避免在物体表面粘贴大量标志点，实现全方位，高精度、高效、便捷的三维重建，并且室内测量场景可以重复使用。

在上述实施例中，所述主控制器获取跟踪扫描仪中跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息具体包括：

利用所述标志反光点在第一坐标系的坐标对所述跟踪扫描仪的跟踪相机和立体相机分别进行标定，得到所述跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息。

上述实施例中，通过对所述扫描仪中跟踪相机和立体相机进行标定，可以确定所述扫描仪的参数信息，比如扫描仪的镜头基线长度和内外参数，从而可根据所述扫描仪的参数出扫描仪中跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息，便于后续根据所述立体相机在第二坐标系的位姿信息确定所述立体相机在目标物体上形成的扫描点在第二坐标系的坐标，以及根据跟踪相机在第一坐标系的位姿信息计算第一坐标系和第二坐标系之间的转换关系，并结合所述扫描点在第二坐标系的坐标确定扫描点在第一坐标系的坐标。

实际中，通过跟踪相机拍摄多张墙面照片，在采集数据的时候，应保证墙面标志反光点在跟踪相机和两个立体相机中成像清晰以及成像点的投影基本不变形相对(重合度90％以上)，通过相机标定获得跟踪相机和两个立体相机三者之间在第二坐标系的相对位姿信息。

具体地，当开始进行扫描之后，使用跟踪扫描仪中的跟踪相机通过后方交会得到该跟踪相机在第二坐标系的位姿信息，由于该跟踪扫描仪的三个相机相对位姿信息通过上述标定已经得到，因此当得到该跟踪相机在第二坐标系的位置姿态后，该跟踪扫描仪中另外两个立体相机在第二坐标系的位姿信息也就可以获得。该位姿信息可以用来定位立体相机的空间位置姿态。

当立体相机在第二坐标系的位姿信息得到之后，使用该扫描仪器扫描的时候，首先触发扫描器，投射图案，然后在间隔一定时间(比如2毫秒)使用立体相机获取图案，同时跟踪相机对墙面标志反光点进行成像，立体相机以及跟踪相机是通过在硬件上的硬触发来控制同步(同一时刻采集数据)。

本发明的实施例中，所述主控制器有具体用于：

根据所述跟踪扫描仪中的跟踪相机在第二坐标系的位姿信息、标志反光点在跟踪扫描仪的跟踪相机中的成像点位置、标志反光点在第一坐标系中的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标确定扫描点在第一坐标系的坐标；

将第一坐标系所在立体空间进行网格化，使得目标物体上的扫描点落入对应的网格；

对第一坐标系的扫描点进行融合，计算每一个网格中心点到物体表面最近的扫描点的近似有向距离。

上述实施例中，通过所述跟踪相机在第二坐标系的位姿信息、标志反光点在跟踪相机中的成像点位置和标志反光点在第一坐标系中的坐标可以准确的计算出所述扫描点在第一坐标系的坐标，从而便于根据所述扫描点在第一坐标系的坐标在所述第一坐标系中的融合结果构建目标物体表面，生成目标物体三维模型，得到精确的扫描结果。

本发明的实施例中，所述主控制器确定扫描点在第一坐标系的坐标具体实现为：

根据所述标志反光点在第一坐标系的坐标和标志反光点在跟踪扫描仪的跟踪相机中的成像点位置，利用后方交会算法确定所述跟踪扫描仪中的跟踪相机在第一坐标系中的位姿信息；

根据所述扫跟踪描仪中跟踪相机在第一坐标系中的位姿信息和所述跟踪扫描仪中的跟踪相机在第二坐标系的位姿信息确定所述第一坐标系和第二坐标系之间的坐标转换关系；

根据所述坐标转换关系将所述扫描点在第二坐标系中的坐标转换到第一坐标系中，得到扫描点在第一坐标系的坐标。

上述实施例中，通过所述标志反光点在第一坐标系的坐标和标志反光点在跟踪相机中的成像点位置可以准确的计算所述跟踪相机在第一坐标系中的位置姿态信息，进而可以根据跟踪相机在第一坐标系中的位置姿态信息和跟踪相机在第二坐标系中的位置姿态信息确定第一坐标系和第二坐标系之间的坐标变换关系，从而可以准确的确定扫描点在第一坐标系的坐标，便于在根据所述扫描点在第一坐标系的坐标得到精确的扫描结果。

本发明的实施例中，所述在第一坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型具体实现为：

根据不同网格中心点到物体表面最近扫描点的所述近似有向距离构建位于对应网格内的目标物体子表面；

根据所有网格对应的所述目标物体子表面生成目标物体表面，生成目标物体三维模型。

上述实施例中，通过所述近似有向距离，可以在每个网格内构建所述目标物体对应的表面区域，从而可以最终形成目标物体的三维模型创建，形成精确的扫描结果，快速高效，并且适用范围较广。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种室内自定位三维扫描方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：获取室内墙壁上标志反光点在第一坐标系的坐标，获取跟踪扫描仪中跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息；

步骤2：所述跟踪相机对所述标志反光点进行成像,获取所述标志反光点在所述跟踪相机中的成像点位置，所述立体相机对目标物体进行扫描，并根据所述立体相机在第二坐标系的位姿信息确定所述立体相机扫描所述目标物体形成的扫描点在第二坐标系的坐标；

步骤3：根据所述跟踪相机在第二坐标系的位姿信息、标志反光点在所述跟踪相机中的成像点位置、标志反光点在第一坐标系的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标确定所述扫描点在第一坐标系的坐标，并在第一坐标系下对所述扫描点进行融合；

步骤4：重复上述步骤2和步骤3，直至完成对所述目标物体的整体扫描，得到不同扫描点在第一坐标系的坐标的融合结果，并根据不同扫描点在第一坐标系的坐标融合结果在第一坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型；

其中，所述第一坐标为以室内墙壁上的至少四个标志反光点构建的三维坐标系，所述第二坐标系为以所述跟踪扫描仪为中心构建的三维坐标系。

2.根据权利要求1所述的室内自定位三维扫描方法，其特征在于，所述步骤1中，所述获取跟踪扫描仪中跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息具体包括：

利用所述标志反光点在第一坐标系的坐标对所述跟踪扫描仪的跟踪相机和立体相机分别进行标定，得到所述跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息。

3.根据权利要求1所述的室内自定位三维扫描方法，其特征在于：所述步骤3具体包括：

步骤31：根据所述跟踪相机在第二坐标系的位姿信息、标志反光点在所述跟踪相机中的成像点位置、标志反光点在第一坐标系中的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标确定扫描点在第一坐标系的坐标；

步骤32：将第一坐标系所在立体空间进行网格化，使得目标物体上的扫描点落入对应的网格；

步骤33：对第一坐标系的扫描点进行融合，根据所述扫描点在第一坐标系的坐标计算每一个网格中心点到物体表面最近扫描点的近似有向距离。

4.根据权利要求3所述的室内自定位三维扫描方法，其特征在于：所述步骤31具体包括：

步骤311：根据所述标志反光点在第一坐标系的坐标和标志反光点在所述跟踪相机中的成像点位置，利用后方交会算法确定所述跟踪相机在第一坐标系中的位姿信息；

步骤312：根据所述跟踪相机在第一坐标系中的位姿信息和所述跟踪相机在第二坐标系的位姿信息确定所述第一坐标系和第二坐标系之间的坐标转换关系；

步骤313：根据所述坐标转换关系将所述扫描点在第二坐标系中的坐标转换到第一坐标系中，得到扫描点在第一坐标系的坐标。

5.根据权利要求3所述的室内自定位三维扫描方法，其特征在于：所述步骤4中，所述在第一坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型具体包括：

步骤41：根据不同网格中心点到物体表面最近扫描点的所述近似有向距离构建位于对应网格内的目标物体子表面；

步骤42：根据所有网格对应的所述目标物体子表面生成目标物体表面，生成目标物体三维模型。

6.一种室内自定位三维扫描系统，其特征在于：包括摄影测量组件、跟踪扫描仪和主控制器；

所述摄影测量组件，用于获取室内墙壁上标志反光点在第一坐标系的坐标；

所述跟踪扫描仪，包括跟踪相机和立体相机，所述跟踪相机用于对所述标志反光点进行扫描,获取所述标志反光点在跟踪相机中的成像点位置，所述立体相机用于对目标物体进行扫描；

所述主控制器，用于获取跟踪扫描仪中跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息，根据所述立体相机在第二坐标系的位姿信息确定所述立体相机扫描所述目标物体形成的扫描点在第二坐标系的坐标，并根据所述扫描仪中跟踪相机在第二坐标系的位姿信息、标志反光点在跟踪扫描仪的跟踪相机中的成像点位置、标志反光点在第一坐标系的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标确定所述扫描点在第一坐标系的坐标，并在第一坐标系下对所述扫描点进行融合，如此重复，直至完成对所述目标物体的整体扫描，得到不同扫描点在第一坐标系的坐标的融合结果，并根据不同扫描点在第一坐标系的坐标融合结果在第一坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型；

其中，所述第一坐标为以室内墙壁上的至少四个标志反光点构建的三维坐标系，所述第二坐标系为以所述跟踪扫描仪为中心构建的三维坐标系。

7.根据权利要求6所述的室内自定位三维扫描系统，其特征在于：所述主控制器获取跟踪扫描仪中跟踪相机和立体相机在第二坐标系的坐标的具体实现为：

利用所述标志反光点在第一坐标系的坐标对所述跟踪扫描仪的跟踪相机和立体相机分别进行标定，得到所述跟踪相机和立体相机在第二坐标系的位姿信息。

8.根据权利要求6所述的室内自定位三维扫描系统，其特征在于：所述主控制器有具体用于：

根据所述跟踪相机在第二坐标系的位姿信息、标志反光点在所述跟踪相机中的成像点位置、标志反光点在第一坐标系中的坐标和扫描点在第二坐标系的坐标确定扫描点在第一坐标系的坐标；

将第一坐标系所在立体空间进行网格化，使得目标物体上的扫描点落入对应的网格；

对第一坐标系的扫描点进行融合，计算每一个网格中心点到物体表面最近的扫描点的近似有向距离。

9.根据权利要求8所述的室内自定位三维扫描系统，其特征在于：所述主控制器确定扫描点在第一坐标系的坐标具体实现为：

根据所述标志反光点在第一坐标系的坐标和标志反光点在所述跟踪相机中的成像点位置，利用后方交会算法确定所述跟踪相机在第一坐标系中的位姿信息；

根据所述跟踪相机在第一坐标系中的位姿信息和所述跟踪相机在第二坐标系的位姿信息确定所述第一坐标系和第二坐标系之间的坐标转换关系；

根据所述坐标转换关系将所述扫描点在第二坐标系中的坐标转换到第一坐标系中，得到扫描点在第一坐标系的坐标。

10.根据权利要求8所述的室内自定位三维扫描系统，其特征在于：所述在第一坐标系中构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型具体实现为：

根据不同网格中心点到物体表面最近扫描点的所述近似有向距离构建位于对应网格内的目标物体子表面；

根据所有网格对应的所述目标物体子表面生成目标物体表面，生成目标物体三维模型。

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