[发明专利]同时具备摄影测量和三维扫描功能的手持式大尺度三维测量扫描仪系统

说明书

一种同时具备摄影测量和三维扫描功能的手持式大尺度三维测量扫描仪系统，包括两个位置固定的摄像头、至少一个图案投影器、摄影测量模块和三维扫描模块，所述的两个摄像头中的至少一个摄像头为既用于摄影测量也用于三维扫描的复用摄像头；所述摄影测量模块用于使用所述复用摄像头对被测物件进行全局摄影测量并得到物体表面的标记点的三维坐标；所述三维扫描模块用于利用得到的标记点作为被测物体的全局定位信息，使用所述两个摄像头和一个图案投影器对被测物体进行三维扫描并得到物体表面的三维轮廓数据。本发明兼有全局摄影测量和三维扫描功能、硬件集成度高、操作使用简便、性价比高。

技术领域

本发明属于三维测量扫描设备，尤其涉及一种手持式三维测量扫描仪系统。

背景技术

近年来随着计算机硬件性能的不断增加，以及通讯速度的不断提升，使得三维扫描技术也随之不断的迭代更新，从接触式，到固定拍照式再到手持式。手持三维扫描技术主要是从固定式扫描技术的基础上发展而来，手持式三维扫描仪区别于固定式三维扫描的主要特点是扫描仪和被扫描物体之间相对位置可以动态任意变化，即扫描仪需要实时知道自己与被扫描物体的相对空间位置，同时再利用立体视觉原理主动或被动的获得被测物体表面的三维轮廓数据。

目前市面上的手持三维扫描仪主要分为面向消费领域的手持白光式三维扫描仪和面向工业邻域的手持式激光三维扫描仪两大类，前者是利用记录和匹配物体表面的几何特征或者纹理特征来获得扫描仪和被扫描物体的相对空间位置(如专利200880119267.5《组合式目标捕获系统和显示设备以及相关方法》中所描述的系统)；后者是通过识别匹配贴附在扫描物体表面的标记点的拓扑来获得扫描仪和被扫描物体的相对空间位置。在专利US7912673《Auto-referenced system and apparatus for three-dimensionalscanning》中提出了一种基于标记点拼接定位的双摄像头三维扫描系统就是一种手持式激光三维扫描仪的实现方法。该类方法利用实时拍摄获得的若干标记点信息与之前获得的标记点集合进行匹配、拼接、累积更新来实现在扫描仪和被测物体的位置变化后其获得的被测物体三维轮廓数据转换到原始的物体坐标系，从而实现手持方式的连续的三维扫描。从理论上而言，该方法可以扫描无限大的物体，但由于新获得的标记点在拼接时会产生误差导致在扫描的面积不断的增加时该误差被不断的累积。一般而言，这种手持三维扫描仪的每米的累积误差在0.1～0.3mm左右，因此在扫描的面积大于10m²的时候(比如汽车乃至飞机大小的物体)，累积的误差可能就到达毫米级别。在另一个专利201410794661.6《一种基于标记点轨迹跟踪的手持激光三维扫描方法及设备》中提出的一种基于标记点跟踪定位的单摄像头三维扫描系统也是一种形式的手持式激光三维扫描仪的实现方法，该专利提出了利用单个摄像头视野中跟踪已知的标记点来定位仪器与被测物体的空间位置关系，再识别获得未知标记点的三维坐标，并加入标记点库。该方法巧妙的实现了单相机的手持三维扫描，相比专利200680014069.3《三维扫描自动参考系统》的方法提高了系统的运行效率，降低了硬件的性能要求，但对于测量误差的累积却依旧没有改善——在新的标记点加入时误差也随即被引入了。这些基于扫描时标记点累积来定位仪器和被扫描物体的手持三维扫描仪在扫描大型物体时，必须要另外的手段来控制其的累积误差。

目前比较有效的方法是用全局摄影测量系统配合手持三维扫描仪来进行大尺度物体的三维扫描。在三维扫描前，利用全局摄影测量系统来获得物体表面所有标记点的三维坐标，再将该标记点集合导入到手持三维扫描仪的软件中。在扫描时扫描仪获得的标记点直接与该事先导入的标记点集合进行匹配，得到当时扫描仪与被扫描物体的空间位置关系，最后通过识别投影到物体表面的结构化光线来获得物体轮廓的三维数据。在上述过程中，被扫描物体的表面标记点库不是通过手持式扫描仪在扫描过程中不断的边识别拼接边添加，而是事先通过全局摄影测量而得到的，因此消除了通过持续的匹配拼接而导致的累积误差。

发明内容