[发明专利]一种三维扫描系统中的转轴的优化计算方法

说明书

技术领域

本发明属于电子领域，尤其涉及一种三维扫描系统中的转轴的优化计算方法。

背景技术

现有的3D扫描系统只能够对扫描范围内的表面可见信息进行扫描，为了获取物体完整的3D模型，通常需将3D扫描系统的扫描器进行移动，或者将被扫描物体进行旋转或者移动，来完成被扫描物体不同角度三维信息的获取。由于扫描系统的扫描器的位置或者被扫描物体位置的变化，每次扫描数据都被限定在不同的扫描器坐标系或者不同的扫描物体坐标系下，从而导致3D数据无法直接有序排列到一个统一的坐标系内。为了得到物体完整的3D信息，需要对这些多角度的3D扫描数据进行匹配，现有的3D扫描系统中，常用的匹配方法是对被扫描物体表面进行贴标记点，通过多次扫描获取的重叠区域的标记点进行配准操作，这样的操作带来的主要问题：1）粘贴标记费时费力，操作繁琐；2）如果粘贴的标记位置不理想，可能导致配准失败；3）粘贴标记处的三维信息的缺失，往往需要通过后期的空洞填充来人为修补，3D数据获取不完整。

为了实现多角度3D扫描后数据的自动配准问题，出现了基于精密转动平台的3D扫描方法，将物体置于转台之上，通过计算机控制其转动角度，实现物体不同角度的3D信息获取，进而结合转台的转动角度来实现多角度3D数据的自动拼接。这一方法所涉及的主要问题是转台转轴的计算，即确定转轴相对于3D扫描装置的空间位置，目前常用的方法是通过球体或者平面等物体的拟合方法来计算其精确的轴心和轴线的位置，但该方法的精度取决于物体摆放位置的精确性，如果摆放位置偏离了转台的轴心，则难以精确计算转轴。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种三维扫描系统中的转轴的优化计算方法，旨在解决现有技术的转轴计算不准确，难以精确计算转轴的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种三维扫描系统中的转轴的优化计算方法，所述方法包括：

在平面物体放置转台上后，通过转台转动若干次，获取该平面物体在不同转动角度下的多组平面三维数据；

拟合该多个角度的平面三维数据，获取多个角度的平面三维数据的交线，该交线即为转台的初始转轴；

在该转台被扫描物体更换成3D模型后，扫描零角度的3D模型获取第一组三维数据，控制转台旋转一设定角度，扫描旋转设定角度的3D模型获取该设定角度的第二组三维数据；

通过设定角度和该初始转轴得到粗配准矩阵，依据该粗配矩阵实现第一组三维数据和转动设定角度后的第二组三维数据的粗配准；

在粗配准完成以后，根据第一组三维数据和设定角度的第二组三维数据并通过细配准算法计算出第一优化矩阵；

继续以设定角度旋转，扫描旋转设定角度的3D模型获取第三组三维扫描数据，根据第二组三维数据与第三组三维扫描数据通过细配准算法计算出第二优化矩阵；

重复执行优化矩阵计算步骤N-2次获取N-2个优化矩阵和N-2组设定角度的三维数据；

计算每个优化矩阵的配准误差，选择配准误差最小的优化矩阵的转轴为三维扫描系统中的转轴。

可选的，所述计算每个优化矩阵的配准误差具体包括：

依据第一组优化矩阵计算出的转轴L1对剩余的N组数据做相互配准操作，即用L1配准第一组三维数据、二组三维数据，第二组三维数据、三组三维数据，第三组三维数据、第四组三维数据，以至第N-1组三维数据、第N组三维数据，得到N组配准误差，做平均值作为L1的配准误差；同样再用第二、三组优化矩阵转轴L2计算第一组三维数据、第二组三维数据，第二组三维数据、第三组三维数据，第三组三维数据、第四组三维数据，以至第N-1三维数据、第N组三维数据，得到N组配准误差，做平均后得到L2的配准误差；同样对剩余的优化矩阵的转轴进行计算得到剩余的优化矩阵的转轴的配准误差。

可选的，所述设定角度的范围为：

10°—15°。

可选的，，所述N为大于等于1的自然数。