[發明專利]一種基于標記點軌跡跟蹤的手持激光三維掃描方法及設備

有效

• 申請號: 201410794661.6
• 申請日: 2014-12-18
• 公開（公告）號: CN104501740A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 鄭俊;王江峰;陳尚儉
• 申請（專利權）人: 杭州鼎熱科技有限公司
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司33241
• 代理人: 王利強

1.一種基于單攝像頭標記點軌跡跟蹤的手持激光三維掃描方法，其特征在于：所述掃描方法包括以下步驟：

1)在單個工作攝像頭拍攝的圖像中識別提取標記點的二維位置信息，根據之前設定數量幀中標記點的運動軌跡預判得到當前幀中的目標位置，再在目標位置周圍搜索得出其對應標記點，建立當前幀中的標記點與原標記點庫的初步匹配關系；

2)利用當前幀中的標記點與原標記點庫的初步匹配關系計算出儀器當前相對坐標系O_c到世界坐標O_w的RT轉換矩陣，根據該轉換矩陣將標記點庫中的對應標記點及其周邊鄰近標記點重投影到當前幀的二維圖像平面坐標系O_t中，對之前的初步匹配關系進行校驗，如果整體誤差大于系統設定的閥值，則剔除當前標記點集合中與標記點庫對應的匹配度最差的標記點，重新迭代計算RT轉換矩陣后再進行投影評估；

3)在獲得儀器當前位置的RT轉換矩陣后，在當前幀圖像中提取激光投影輪廓并根據已標定好的攝像頭與激光器所發射激光面的位置關系，將獲得激光投影輪廓點在儀器坐標系O_c下的相對三維坐標通過RT轉換矩陣轉換為世界坐標系O_w下的三維坐標。

2.如權利要求1所述的基于單攝像頭標記點軌跡跟蹤的手持激光三維掃描方法，其特征在于：所述掃描方法還包括如下步驟：

4)如果當前幀的標記點重投影校驗失敗，則需要啟動另一臺相互位置已經過標定的輔助攝像頭獲得共同視野內的標記點在兩個攝像頭圖像中的二維坐標，根據對極線約束原理得出這些標記點在儀器當前坐標系O_c下的坐標值，再與世界坐標系O_w下的標記點庫中的標記點集合進行一一匹配重新得出當前儀器坐標系O_c相對于世界坐標系O_w的RT轉換矩陣；

在得到儀器的位置信息后關閉輔助攝像頭，繼續只用原單個工作攝像頭通過標記點軌跡跟蹤方法獲得后續幀的三維輪廓信息。

3.如權利要求1或2所述的基于單攝像頭標記點軌跡跟蹤的手持激光三維掃描方法，其特征在于：所述之前設定數量幀為前兩幀或者前三幀圖像，利用一次或二次函數分別對前兩幀或者前三幀圖像中每個標記點的運行軌跡進行擬合，結合該標記點在之前連續多幀圖像中的位移速度，計算出每個標記點在當前幀中的預判斷目標位置，以該位置作為中心搜索當前幀中周圍是否有相應的標記點與之相對應，從而建立當前幀標記點與標記點庫的匹配關系。

4.如權利要求1或2所述的基于單攝像頭標記點軌跡跟蹤的手持激光三維掃描方法，其特征在于：所述步驟1)中，將每一幀圖像中的標記點二維信息記錄在一種允許空節點的非滿四叉樹中。

5.如權利要求1或2所述的基于單攝像頭標記點軌跡跟蹤的手持激光三維掃描方法，其特征在于：所述步驟1)中，所述標記點庫為預先貼在被測物體表面的標記點在三維世界坐標系O_w下的坐標值組成的標記點庫，將標記點庫中的標記點三維信息記錄在一種允許空節點的非滿八叉樹中。

6.如權利要求1或2所述的基于單攝像頭標記點軌跡跟蹤的手持激光三維掃描方法，其特征在于：所述步驟1)中，在開始掃描的原始位置利用已標定好相互位置的輔助攝像頭和單個工作攝像頭獲得同步的兩幀起始圖像，在兩幅圖像中得到各自識別出的標記點的二維坐標后再根據對極線約束原理重構出輔助攝像頭和單個工作攝像頭共同視野范圍內的標記點在儀器當前坐標系O_c下的三維坐標位置及拓撲結構。

7.如權利要求6所述的基于單攝像頭標記點軌跡跟蹤的手持激光三維掃描方法，其特征在于：根據這些相對三維坐標系O_c下的標記點拓撲結構與世界坐標系O_w下標記點庫中的標記點進行匹配，獲得第一幀起始圖像中的標記點在世界坐標系O_w中的坐標，并關閉所述輔助攝像頭。