[發明專利]一種物體表面三維信息重建系統及其工作方法

在審

• 申請號: 201711122903.7
• 申請日: 2017-11-14
• 公開（公告）號: CN107726999A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 方登建;黃陸君;趙平;申森;李彪;唐海龍;黃貴余;潘文武;黃仁兵;許珍
• 申請（專利權）人: 綿陽天眼激光科技有限公司;中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 成都頂峰專利事務所(普通合伙)51224
• 代理人: 楊俊華

技術領域

本發明涉及三維掃描技術領域，具體地，涉及一種物體表面三維信息重建系統及其工作方法。

背景技術

結構光三維掃描技術是一種高速且高精度的三維掃描測量方法，其采用的是目前國際上最先進的結構光非接觸照相測量原理，即采用一種結合結構光技術、相位測量技術、計算機視覺技術的復合三維非接觸式測量技術。采用這種測量原理，可使得對物體進行照相測量(所謂照相測量，就是類似于照相機對視野內的物體進行照相，不同的是照相機攝取的是物體的二維圖象，而研制的測量儀獲得的是物體的三維信息)成為可能。此外與傳統的三維掃描技術不同的是，結構光三維掃描技術能同時測量一個面。

對于現有的基于結構光或激光的三維掃描技術，為了達到高精度，它們都是采用靜態掃描技術，即被掃描物體和掃描設備本身都需要在完全靜止的情況下工作。雖然這種方式掃描精度高，但是由于不能動態掃描，普遍存在掃描速度慢、操作復雜和不能自動化掃描的問題。

發明內容

針對前述目前靜態三維掃描技術所存在的掃描速度慢、操作復雜和不能自動化掃描的問題，本發明提供了一種物體表面三維信息重建系統及其工作方法。

本發明采用的技術方案,一方面提供了一種物體表面三維信息重建系統，包括激光掃描儀、電動轉臺、第一傾角傳感器、第二傾角傳感器、倒L型懸掛支架和PC機，其中，所述激光掃描儀集成有激光發射器和相機；所述激光掃描儀通過所述倒L型懸掛支架懸掛于電動轉臺的斜上方，所述第一傾角傳感器安裝在所述電動轉臺的中心，并使所述第一傾角傳感器的xy平面與所述電動轉臺的轉臺平面共面，所述第二傾角傳感器安裝在所述相機上，并使所述第二傾角傳感器的xy平面與所述相機的xy平面共面；所述PC機分別通信連接所述激光掃描儀、所述電動轉臺、所述第一傾角傳感器和所述第二傾角傳感器，所述激光掃描儀還通信連接所述電動轉臺。

優化的，所述相機的xy平面與所述電動轉臺的轉臺平面的安裝夾角設為Δ，所述相機與所述電動轉臺的轉軸中心的安裝間距設為d，則所述安裝夾角Δ和所述安裝間距d滿足如下關系：

式中，L_TL為所述相機的梯形視野的長底邊長，L_TS為所述相機的梯形視野的短底邊長，h為所述相機的安裝高度。

優化的，還包括通信連接所述PC機的觸摸顯示屏。進一步優化的，所述觸摸顯示屏采用型號為YT-121的12.1寸工業觸摸屏。

優化的，所述激光掃描儀采用型號為E1211的激光掃描儀。

優化的，所述電動轉臺的轉臺平面直徑介于600～1000mm之間。

優化的，所述第一傾角傳感器或所述第二傾角傳感器采用型號為BWS2000的傾角傳感器。

優化的，所述PC機包括型號為AIMB-585的工業PC機母板。

本發明采用的技術方案,另一方面還提供了一種前述的物體表面三維信息重建系統的工作方法，包括如下步驟：

S101.PC機在向電動轉臺成功傳送預置的轉臺旋轉參數后，再次傳送轉臺旋轉啟動指令；

S102.電動轉臺在收到所述轉臺旋轉啟動指令后，根據所述轉臺旋轉參數執行旋轉動作，同時有線啟動激光掃描儀中的激光發射器和相機；

S103.PC機獲取由相機采集的激光掃描數據和由電動轉臺反饋的轉臺轉角數據；

S104.PC機根據所述轉臺轉角數據判斷是否已經掃描到指定角度，若還未掃描到指定角度，則返回執行步驟S103，否則向電動轉臺傳送轉臺旋轉停止指令，并執行步驟S105；

S105.按照如下方式進行點云解算：首先以電動轉臺的轉臺平面中心為原點，換算得到各次掃描所得激光掃描數據的三維坐標[x′,y′,z′]，然后根據所述轉臺轉角數據獲取各次掃描對應的轉臺轉動角度θ，最后按照如下公式：

整合得到掃描物體的三維點云[x,y,z]。

優化的，按照如下公式換算得到激光掃描數據的三維坐標[x′,y′,z′]：

式中，為由第一傾角傳感器采集的x軸傾角測量數據，為由第二傾角傳感器采集的x軸傾角測量數據，[x_t,y_t,z_t]為激光掃描數據在相機坐標系中的三維坐標，為電動轉臺的轉臺平面軸心在相機坐標系中的三維坐標。