[發明專利]基于慣性測量單元的便攜式三維測量系統及其測量方法

在審

• 申請號: 201810429772.5
• 申請日: 2018-05-08
• 公開（公告）號: CN108692661A
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發明（設計）人: 劉曉利;劉超俊;湯其劍;彭翔
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G06T7/30;G06T7/70;G06T7/80
• 代理公司: 深圳市恒申知識產權事務所(普通合伙) 44312
• 代理人: 王利彬

1.一種基于慣性測量單元的便攜式三維測量系統，其特征在于，包括三維測量單元和慣性測量單元：

所述慣性測量單元，固定在所述三維測量單元上，用于獲取所述三維測量單元的自身相對位置；

所述三維測量單元，用于通過投影輔助對被測物體進行測量，獲取所述被測物體表面局部的點云數據。

2.如權利要求1所述的便攜式三維測量系統，其特征在于，所述三維測量單元包括兩個相機和一個投影模塊；

所述投影模塊，用于向所述被測物體表面投射結構光圖像；

所述相機，用于采集經過所述被測物體表面調制的結構光圖像信息。

3.如權利要求1所述的便攜式三維測量系統，其特征在于，所述慣性測量單元包括三軸陀螺儀和三軸加速度計。

4.一種如權利要求1至3任意一項所述的便攜式三維測量系統的測量方法，其特征在于，包括：

步驟A，對所述便攜式三維測量系統進行標定，得到所述三維測量單元和所述慣性測量單元之間的位姿變換關系，并以所述慣性測量單元各姿態角度輸出為0時，所述三維測量單元的坐標系作為全局坐標系；

步驟B，利用所述三維測量單元對被測物體進行測量，得到所述被測物體表面局部的點云數據，并利用所述慣性測量單元的輸出信息解算其位姿信息；

步驟C，保持所述被測物體不動，變換測量視角，利用所述三維測量單元對所述被測物體進行測量，并利用所述慣性測量單元的輸出信息解算此時慣性測量單元的位姿信息，所述三維測量單元在當前測量視角和前一測量視角下獲取的點云數據存在共同區域；

步驟D，計算所述慣性測量單元在當時測量視角相對于前一測量視角的位姿變換關系，并計算兩次測量時所述三維測量單元的位姿變換關系；

步驟E，將前一測量視角的三維測量單元坐標系到全局坐標系的精確位姿變換關系和兩次測量的三維測量單元的位姿變換關系應用于當前測量視角的點云迭代最近點ICP配準的迭代初始值，并進行迭代最近點ICP迭代；

步驟F，在迭代最近點ICP迭代結束后，得到所述三維測量單元在當時測量視角與前一測量視角之間的精確位姿變換關系，并用所述三維測量單元的精確位姿變換關系對當前所述慣性測量單元的位姿進行調整；

步驟G，重復步驟C到步驟F，直至完成對所述被測物體的測量；

步驟H，對測量過程中的獲取的點云數據進行優化處理，得到點云模型。

5.如權利要求4所述的測量方法，其特征在于，所述步驟A中，對所述便攜式三維測量系統進行標定包括對兩個相機的標定和對所述慣性測量單元位姿的標定，其中：

對兩個相機的標定包括：獲取兩個相機的內部參數、鏡頭畸變參數及兩個相機坐標系間的剛體變換；

對所述慣性測量單元位姿的標定包括：計算所述慣性測量單元的坐標系相對于三維測量單元的坐標系的剛體變換T_ic,其中，R_ic表示旋轉變換，t_ic表示平移向量。

6.如權利要求4所述的測量方法，其特征在于，所述利用所述三維測量單元對被測物體進行測量，得到所述被測物體表面局部的點云數據包括：

采用散斑相關方法，利用所述三維測量單元向所述被測物體的表面投射結構光圖像，兩個相機采集經過所述被測物體的表面調制的結構光圖像信息，利用所述結構光圖像信息中的散斑信息進行同名點查找及亞像素優化，得到所述被測物體表面局部的點云數據；

或：

采用相位測量輪廓術方法，利用所述三維測量單元向所述被測物體的表面投射結構光圖像，兩個相機采集經過所述被測物體的表面調制的結構光圖像信息，利用所述結構光圖像信息中的相位信息進行同名點查找及亞像素優化，得到所述被測物體表面局部的點云數據。

7.如權利要求4所述的測量方法，其特征在于，所述利用所述慣性測量單元的輸出信息解算其位姿信息包括：

通過所述慣性測量單元的輸出信息，解算慣性測量單元坐標系相對于其自身基準坐標系的剛體變換，根據所述慣性測量單元坐標系相對于其基準坐標系的剛體變換計算當前所述三維測量單元的位姿信息。