[發明專利]任意曲面鏡反射的激光掃描數據獲取與解算方法

有效

• 申請號: 201911152390.3
• 申請日: 2019-11-22
• 公開（公告）號: CN110954017B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 王景榮;張帆;黃先鋒
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 胡琦旖

本發明屬于測繪技術領域，公開了任意曲面鏡反射的激光掃描數據獲取與解算方法，先對曲面鏡進行預掃描，擬合曲面鏡，并解算預定位的旋轉矩陣；然后將曲面鏡放置在作業空間的死角處，通過三維激光掃描儀對物體進行掃描，將得到的激光點云掃描數據進行分離，獲得定位的點云坐標，解算定位的旋轉矩陣；進行空間坐標轉換，將定位的點云坐標轉換到預定位的空間坐標中，解算曲面鏡反射激光點云中激光像點對應的物體上的物點點云坐標，配準合成得到物體的完整點云。本發明解決了現有技術中掃描對象非直視區域出現點云數據缺失和空洞的問題，能夠得到物體的完整點云。

技術領域

本發明涉及測繪技術領域，尤其涉及任意曲面鏡反射的激光掃描數據獲取與解算方法。

背景技術

由于國家對文化遺產保護的重視，越來越多的高新技術投入其中，包括利用激光掃描技術進行三維重建工作。激光掃描技術是高精度三維重建的重要手段，能夠獲取精度優于2mm的對象表面密集點云，在精密測量、虛擬地理環境、文物保護及虛擬現實等方面應用廣泛。掃描對象的完整性是高精度三維重建的基本要求，為了保證對象數據盡可能完整，目前常用方法是：多站掃描和多種掃描儀聯合掃描。然而對結構復雜且不可移動的對象，如石窟寺、古建筑、雕塑等進行掃描時，往往因為作業空間受限、遮擋嚴重等問題造成掃描死角，在掃描對象非直視區域出現點云數據缺失和空洞等問題。

發明內容

本申請實施例通過提供任意曲面鏡反射的激光掃描數據獲取與解算方法，解決了現有技術中由于作業空間受限、遮擋嚴重等問題造成掃描死角進而使掃描對象非直視區域出現點云數據缺失和空洞的問題。

本申請實施例提供任意曲面鏡反射的激光掃描數據獲取與解算方法，包括以下步驟：

S1、對曲面鏡進行預掃描，獲得曲面鏡的點云數據，根據所述曲面鏡的點云數據對曲面鏡進行擬合，獲得擬合曲面方程；

S2、根據所述擬合曲面方程，預解算曲面鏡的鏡面位置與姿態，獲得第一旋轉矩陣進行預定位；

S3、將曲面鏡放置在作業空間的死角處；

S4、將三維激光掃描儀放置在與曲面鏡保持通視的位置，通過三維激光掃描儀對物體進行掃描，獲得激光點云掃描數據；

S5、將所述激光點云掃描數據分離為直視表面區域點云、鏡面定位圈區域點云、鏡面反射區域點云三個部分的定位的點云坐標；

S6、根據所述鏡面定位圈區域點云，解算曲面鏡的鏡面位置與姿態，獲得第二旋轉矩陣進行定位；

S7、利用步驟S2中預定位的所述第一旋轉矩陣和S6中定位的所述第二旋轉矩陣，將步驟S5中三個部分的定位的點云坐標轉換到預定位的空間坐標中；

S8、根據空間坐標轉換后的直視表面區域點云、空間坐標轉換后的鏡面反射區域點云，解算曲面鏡反射激光點云中激光像點對應的物體上的物點點云坐標；

S9、將空間坐標轉換后的直視表面區域點云與解算得到的所述曲面鏡反射激光點云中激光像點對應的物體上的物點點云坐標進行配準合成，得到物體的完整點云。

優選的，所述步驟S1中，對曲面鏡進行預掃描前，對曲面鏡進行預加工，撒粉覆蓋曲面鏡的表面，使曲面鏡不易發生反射。

優選的，所述步驟S2中，利用曲面鏡周圍的漫反射圈，解算出所述第一旋轉矩陣。

優選的，所述步驟S3中，將曲面鏡固定在一個可多角度旋轉移動的支架上。

優選的，所述步驟S4中，通過三維激光掃描儀對物體進行掃描時，調整曲面鏡的角度進行多次掃描。

優選的，所述步驟S6中，利用曲面鏡周圍的漫反射圈，解算出所述第二旋轉矩陣。

優選的，所述步驟S8具體為：