[發明專利]一種三維掃描系統中的快速數據配準方法及三維掃描系統

無效

• 申請號: 201310163335.0
• 申請日: 2013-05-06
• 公開（公告）號: CN103295228A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 宋展
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 梁珣

技術領域

本發明屬于電子領域，尤其涉及一種三維掃描系統中的快速數據配準方法及三維掃描系統。

背景技術

現有的3D掃描系統只能夠對掃描范圍內的表面可見信息進行掃描，為了獲取物體完整的3D模型，通常需將3D掃描系統的掃描器進行移動，或者將被掃描物體進行旋轉或者移動，來完成被掃描物體不同角度三維信息的獲取。由于掃描系統的掃描器的位置或者被掃描物體位置的變化，每次掃描數據都被限定在不同的掃描器坐標系或者不同的掃描物體坐標系下，從而導致3D數據無法直接有序排列到一個統一的坐標系內。為了得到物體完整的3D信息，需要對這些多角度的3D掃描數據進行匹配，現有的3D掃描系統中，常用的匹配方法是對被掃描物體表面進行貼標記點，通過多次掃描獲取的重疊區域的標記點進行配準操作，這樣的操作帶來的主要問題：1）粘貼標記費時費力，操作繁瑣；2）如果粘貼的標記位置不理想，可能導致配準失敗；3）粘貼標記處的三維信息的缺失，往往需要通過后期的空洞填充來人為修補，3D數據獲取不完整。

為了實現多角度3D掃描后數據的自動配準問題，出現了基于精密轉動平臺的3D掃描方法，將被掃描物體置于轉臺之上，通過計算機控制其轉動角度，實現物體不同角度的3D信息獲取，進而結合轉臺的轉動角度來實現多角度3D數據的自動拼接。現有的方法多是采用已知的轉臺轉動角度對3D數據進行旋轉，實現多組數據之間的粗配準，然后引入最近點迭代（ICP）等精細配準算法實現精確的數據配準，但是這一方法所帶來的顯著問題是：1）ICP算法在整個優化計算過程是不可控的，存在多種不確定的因素，很難保證每次都能得到最佳的配準結果；2）ICP算法效率很低，配準過程計算量很大。因此這種基于優化準則的配準方法難以保持穩定的配準精確度以及實現快速的3D數據配準過程。

發明內容

本發明實施例的目的在于提供一種三維掃描系統中的快速數據配準方法，旨在解決現有技術的配準算法的計算過程不可控，無法得到最佳配準結果，計算量大，效率低的問題。

本發明實施例是這樣實現的，一種三維掃描系統中的快速數據配準方法，所述方法包括：

預先獲取三維掃描系統的轉臺軸線；

在被掃描物體放置所述轉臺后，對所述被掃描物體進行掃描獲取第一組物體表面三維掃描數據，然后控制所述轉臺旋轉，每旋轉一次，對所述被掃描物體掃描一次，并記錄本次掃描的掃描數據和本次的旋轉角度；

在旋轉N次完成被掃描物體的全面掃描后，記錄獲取N組掃描數據以及N組掃描數據對應的N個旋轉角度；

將N組掃描數據圍繞該轉臺軸線旋轉負的該N組掃描數據對應的旋轉角度后獲取N組掃描數據在第一組三維掃描數據參照系下的N組掃描數據，將N組掃描數據與第一組三維掃描數據融合獲取待掃描物體的完整的3D數據。

可選的，所述預先獲取三維掃描系統的轉臺軸線具體包括：

在平面物體放置所述轉臺后，該平臺物體與該轉臺垂直且經過該轉臺的中軸線；控制轉臺轉動M次，獲取每次該平面物體的3D數據，通過平面擬合得到M組空間平面，獲取M組空間平面的M組平面方程，然后通過計算得到M組平面方程的交線，該交線即為轉臺軸線相對于3D掃描儀的空間位置。

另一方面，提供一種三維掃描系統，所述系統包括：計算機、掃描器和轉臺，所述計算機存儲有所述轉臺的轉臺軸線；

所述掃描器，用于在被掃描物體放置所述轉臺后，對所述被掃描物體進行掃描獲取第一組物體表面的三維掃描數據；

所述計算機，用于控制所述轉臺旋轉，每旋轉一次，控制所述掃描器對所述被掃描物體掃描一次，并記錄本次掃描的掃描數據和本次的旋轉角度；在旋轉N次完成被掃描物體的全面掃描后，記錄獲取N組掃描數據以及N組掃描數據對應的N個旋轉角度；

所述計算機，還用于將N組掃描數據圍繞該轉臺軸線旋轉負的該N組掃描數據對應的旋轉角度后獲取N組掃描數據在第一組三維掃描數據參照系下的N組掃描數據，將N組掃描數據與第一組三維掃描數據融合獲取待掃描物體的完整的3D數據。

可選的，所述轉臺軸線的獲取方式為：

在平面物體放置所述轉臺后，該平臺物體與該轉臺垂直且經過該轉臺的中軸線；所述計算機控制轉臺轉動M次，獲取每次該平面物體的3D數據，通過平面擬合得到M組空間平面，獲取M組空間平面的M組平面方程，然后通過計算得到M組平面方程的交線，該交線即為轉臺軸線相對于3D掃描儀的空間位置。