[發(fā)明專利]用于室內(nèi)門窗測量的手持式激光掃描儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810046737.5
• 申請日: 2018-01-16
• 公開（公告）號: CN108286951B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋沙磊;林鑫;彭浪清;李江;曾特爾
• 申請（專利權(quán)）人: 常景測量科技（武漢）有限公司
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴(yán)彥

1.一種用于室內(nèi)門窗測量的手持式激光掃描儀，其特征在于：該掃描儀由陀螺儀模塊(11)、掃描模塊(12)、指示激光單元(13)、控制單元(14)、無線收發(fā)模塊(15)和電池包(16)組成，陀螺儀模塊(11)、掃描模塊(12)、指示激光單元(13)、無線收發(fā)模塊(15)和電池包(16)分別連接控制單元(14)，無線收發(fā)模塊(15)與用戶的手機客戶端(2)建立無線信號連接，測量數(shù)據(jù)由掃描模塊(12)傳輸至控制單元(14)中，再由控制單元(14)通過無線收發(fā)模塊(15)以無線信號的方式傳輸至手機客戶端(2) 中，用于執(zhí)行以下流程實現(xiàn)對場景門窗進行形狀檢測和參數(shù)提取，

步驟1，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，包括對原始的點云數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，得到去除粗差的點云數(shù)據(jù)；

步驟2，邊緣提取，包括對步驟1所得去除粗差的點云數(shù)據(jù)進行邊緣提取；

步驟3，形狀判斷，包括根據(jù)邊緣提取的結(jié)果判斷該點云形狀，

步驟3.1，將三維點云向垂直于門框平面方向投影至二維，然后將二維點云圖劃分格網(wǎng)，提取中間位置的內(nèi)部網(wǎng)格；

步驟3.2，判斷內(nèi)部格網(wǎng)的點數(shù)是否大于預(yù)設(shè)的相應(yīng)閾值，若是，則認(rèn)為是L形，結(jié)束判斷，用6條直線擬合門窗的6條邊，進入步驟5；若不是，則認(rèn)為是其他形狀，進入步驟3.3；

步驟3.3，將點云的邊緣提取結(jié)果分割為上下左右四個部分；

步驟3.4，用上部分?jǐn)M合出一條直線，得到擬合的直線與上部分的相關(guān)系數(shù)，當(dāng)擬合的相關(guān)系數(shù)R大于預(yù)設(shè)的相應(yīng)閾值，則認(rèn)為門窗形狀是矩形，結(jié)束判斷，進入步驟4；若不是，則認(rèn)為是別的形狀，進入步驟3.5；

步驟3.5，用圓弧去擬合上部分，得到擬合的相關(guān)系數(shù)R1；用兩段直線去擬合上部分，得到擬合的相關(guān)系數(shù)R2，若R1＝R2，則認(rèn)為門窗上方是圓弧形，反之則門窗上方是三角形；

步驟4，用直線擬合點云邊緣的左、右和下部分；

步驟5，誤差控制，包括擬合數(shù)據(jù)與點云數(shù)據(jù)逐點計算擬合誤差，然后計算決定系數(shù)，提取出決定系數(shù)滿足相應(yīng)閾值的擬合參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于室內(nèi)門窗測量的手持式激光掃描儀，其特征在于：所述控制單元(14)內(nèi)部包含第一串口輸出端(1401)、第一串口輸入端(1402)、第二串口輸出端(1403)、第二串口輸入端(1404)、第三串口輸出端(1405)、第三串口輸入端(1406)、PWM脈沖輸出端(1407)、數(shù)字IO接口(1408)、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片(1409)、電源管理芯片(1410)、電壓轉(zhuǎn)換芯片(1411)、第一電壓輸出接口(1412)、第二電壓輸出接口(1413)、第三電壓輸出接口(1414)和第四電壓輸出接口(1415)；

所述手持式激光掃描儀中，陀螺儀模塊(11)的電源輸入端連接控制單元(14)中的第一電壓輸出接口(1412)，陀螺儀模塊(11)的串口輸出端連接控制單元(14)中的第一串口輸入端(1402)，陀螺儀模塊(11)的串口輸入端連接控制單元(14)中的第一串口輸出端(1401)；掃描模塊(12)的電源輸入端連接控制單元(14)的第二電壓輸出接口(1413)，掃描模塊(12)的串口輸出端連接控制單元(14)的第二串口輸入端(1404)，掃描模塊(12)的串口輸入端連接控制單元(14)的第二串口輸出端(1403)，掃描模塊(12)的電機控制輸入端連接控制單元(14)的PWM脈沖輸出端(1407)；指示激光單元(13)的電源輸入端連接控制單元(14)的第四電壓輸出接口(1415)，指示激光單元(13)的控制輸入端連接控制單元(14)中的數(shù)字IO接口(1408)；無線收發(fā)模塊(15)的電源輸入端連接控制單元(14)中的第三電壓輸出接口(1414)，無線收發(fā)模塊(15)的串口輸出端連接控制單元(14)中的第三串口輸入端(1406)；電池包(16)供電輸出端連接控制單元(14)中的電壓轉(zhuǎn)換芯片(1411)的輸入端，電池包(16)的充電輸入端連接控制單元(14)中電源管理芯片(1410)的充電輸出端；

所述手持式激光掃描儀的控制單元(14)中，電壓轉(zhuǎn)換芯片(1411)的輸入端同時連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片(1409)的輸入端；電壓轉(zhuǎn)換芯片(1411)的輸出端分別連接第一電壓輸出接口(1412)、第二電壓輸出接口(1413)、第三電壓輸出接口(1414)和第四電壓輸出接口(1415)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述用于室內(nèi)門窗測量的手持式激光掃描儀，其特征在于：測量數(shù)據(jù)由掃描模塊(12)傳輸至控制單元(14)中，再由控制單元(14)通過無線收發(fā)模塊(15)以無線信號的方式傳輸至手機客戶端(2) 中；手機客戶端(2)的控制命令由無線信號的方式傳輸至無線收發(fā)模塊(15)接收，再通過控制單元(14)發(fā)送至各個功能模塊執(zhí)行；實現(xiàn)方式如下，

掃描模塊(12)開始工作的同時控制單元(14)接收陀螺儀模塊(11)的位置數(shù)據(jù)；將掃描模塊(12)和陀螺儀模塊(11)的數(shù)據(jù)同時讀取，并標(biāo)記編號后存入緩存芯片中，再從緩存芯片中按照數(shù)據(jù)編號一一對應(yīng)取出，將取出的數(shù)據(jù)發(fā)送至無線收發(fā)模塊(15)，再通過無線信號采用數(shù)據(jù)包方式傳輸至手機客戶端(2)接收，并處理得到最終結(jié)果；

處理方式為，用戶端收到數(shù)據(jù)后，首先根據(jù)數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)編號判斷掃描數(shù)據(jù)包和陀螺儀數(shù)據(jù)包是否對應(yīng)，如不對應(yīng)則說明數(shù)據(jù)包不是同一時刻的測量結(jié)果，丟棄；判斷數(shù)據(jù)包對應(yīng)后，將掃描數(shù)據(jù)包中的掃描模塊(12)數(shù)據(jù)所含角度和位置數(shù)組提取出來，同時將陀螺儀數(shù)據(jù)包中的陀螺儀模塊(11)數(shù)據(jù)所含三軸角度、三軸加速度和時間數(shù)組提取，構(gòu)建掃描數(shù)據(jù)測量時刻的坐標(biāo)系，并根據(jù)前一個陀螺儀數(shù)據(jù)包的三軸角度、三軸加速度和時間數(shù)組，對所構(gòu)建的坐標(biāo)系進行偏移和翻轉(zhuǎn)；得到當(dāng)前掃描數(shù)據(jù)包中角度和位置數(shù)組對應(yīng)的絕對空間坐標(biāo)；對于第一組掃描數(shù)據(jù)包和陀螺儀數(shù)據(jù)包，則作為基礎(chǔ)原點和后續(xù)數(shù)據(jù)包的參考；電池包(16)的電量信息通過控制單元(14)讀取后與掃描數(shù)據(jù)一同發(fā)送至手機客戶端(2)接收，手機客戶端(2)發(fā)送控制命令，通過控制單元(14)控制指示激光單元(13)開關(guān)，指示激光單元(13)發(fā)射可見激光，用于引導(dǎo)使用人員放置設(shè)備至合適的位置。