[发明专利]3D扫描以及定位界面

说明书

技术领域

本发明大体上涉及对象的表面几何形状的三维扫描的领域，并且更确切地说涉及结构光立体视觉。

背景技术

对象的表面几何形状的三维扫描以及数字化通常在许多工业以及服务中使用，并且所述三维扫描以及数字化的应用众多。对象的形状使用测距传感器来扫描并且数字化，所述测距传感器测量传感器与表面上的点集之间的距离。所述传感器从给定视点捕获对象的表面的区段。为了扩展经扫描区段或为了扫描整个表面，传感器或对象移动到若干视点中的一者，并且获得在传感器与对象之间的所有相对位姿之间的空间关系。

存在用于测量并且计算这些空间关系的若干方法。这些方法中的一者利用所观察对象的形状来计算空间中的相对传感器位置以及定向(即，其位姿)。这些基于形状的方法缩短设置获取的时间，因为不需要在场景中附加目标或额外参考。所观察形状区段的形状可能仍不够复杂以确保可靠地估计位姿。存在不可能明确地确定传感器位姿的六个自由度的例如平面、球形、圆柱形表面和其它形状等众所周知的情形。在存在噪声的情况下，即使非理想情况也可能导致不可靠的位姿估计。

发明内容

根据本发明的一个广义方面，提供一种用于提供关于定位不可靠性的指示的系统。所述系统包括：扫描仪，所述扫描仪用于扫描对象的表面几何形状并且使用扫描仪的基于形状的定位累积多个帧中的每一帧的3D点集；位姿估计器，所述位姿估计器用于使用3D点估计扫描仪的所估计位姿；不可靠位姿检测器，所述不可靠位姿检测器用于确定所估计位姿是否具有约束不足的(undercontstrained)定位，并且如果所估计位姿具有约束不足的定位，那么将所估计位姿识别为不可靠位姿估计；指示产生器，所述指示产生器用于产生检测到不可靠位姿估计的指示。

在一个实施例中，所述系统进一步包括自由度识别器，所述自由度识别器用于识别所估计位姿中的至少一个有疑问自由度，所述自由度识别器由不可靠位姿检测器触发，并且其中由指示产生器产生的指示随所述指示包含关于至少一个有疑问自由度的信息。

在一个实施例中，由指示产生器产生的指示包含关于所有有疑问自由度的信息。

在一个实施例中，所述系统进一步包括特征点检测器，所述特征点检测器用于检测在所述多个帧中的至少两者中可由扫描仪再观察到的特征点的存在，其中位姿估计器使用特征点和3D点来估计所估计位姿，并且其中不可靠位姿检测器使用特征点将所估计位姿识别为不可靠位姿估计。

在一个实施例中，所述系统进一步包括扬声器，其中指示产生器致使扬声器发出可听指示。

在一个实施例中，所述系统进一步包括可视界面，其中指示产生器致使可视界面显示可视指示，其中可视指示是文本消息以及图形消息中的至少一者。

在一个实施例中，所述系统进一步包括模型构建器，所述模型构建器使用3D点集构建表面的几何形状的累加模型，其中可视界面显示累加模型的图形表示，并且其中可视指示叠加在累加模型的图形表示上。

在一个实施例中，所述系统进一步包括三维像素(voxel)灵敏度水平计算器，所述三维像素灵敏度水平计算器用于累积由3D点集修改的累加模型的所有三维像素中的三维像素灵敏度水平的平均值，其中可视界面以对应于三维像素灵敏度水平的颜色显示累加模型的图形表示。

在一个实施例中，所述系统进一步包括帧选择器，所述帧选择器用于确定不可靠位姿估计的不可靠性水平；将所述不可靠性水平与预定不可靠性阈值进行比较；仅在所述不可靠性水平低于预定不可靠性阈值的情况下将每一帧的3D点集传递到模型构建器。

在一个实施例中，可视界面显示扫描的当前帧的图形表示，并且其中可视指示叠加在当前帧的图形表示上。

在一个实施例中，所述系统进一步包括位姿灵敏度水平归属器(attributor)，所述位姿灵敏度水平归属器用于使用所估计位姿将位姿灵敏度水平归于所估计位姿，所述位姿灵敏度水平归属器由不可靠位姿检测器触发，并且其中由指示产生器产生的指示包含关于所述指示的位姿灵敏度水平的信息，其中关于位姿灵敏度水平的信息是可视指示的颜色。

在一个实施例中，所述系统进一步包括自由度识别器，所述自由度识别器用于识别所估计位姿中的至少一个有疑问自由度，不可靠性自由度识别器由不可靠位姿检测器触发，并且其中由指示产生器产生的指示随所述指示包含关于至少一个有疑问自由度的信息，其中图形消息包含至少一个箭头，所述箭头以对应于所述有疑问自由度的定向显示。