[发明专利]一种物体表面三维信息重建系统及其工作方法在审

专利信息
申请号: 201711122903.7 申请日: 2017-11-14
公开(公告)号: CN107726999A 公开(公告)日: 2018-02-23
发明(设计)人: 方登建;黄陆君;赵平;申森;李彪;唐海龙;黄贵余;潘文武;黄仁兵;许珍 申请(专利权)人: 绵阳天眼激光科技有限公司;中国人民解放军海军工程大学
主分类号: G01B11/24 分类号: G01B11/24
代理公司: 成都顶峰专利事务所(普通合伙)51224 代理人: 杨俊华
地址: 621000 四川省绵阳*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 物体 表面 三维 信息 重建 系统 及其 工作 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及三维扫描技术领域,具体地,涉及一种物体表面三维信息重建系统及其工作方法。

背景技术

结构光三维扫描技术是一种高速且高精度的三维扫描测量方法,其采用的是目前国际上最先进的结构光非接触照相测量原理,即采用一种结合结构光技术、相位测量技术、计算机视觉技术的复合三维非接触式测量技术。采用这种测量原理,可使得对物体进行照相测量(所谓照相测量,就是类似于照相机对视野内的物体进行照相,不同的是照相机摄取的是物体的二维图象,而研制的测量仪获得的是物体的三维信息)成为可能。此外与传统的三维扫描技术不同的是,结构光三维扫描技术能同时测量一个面。

对于现有的基于结构光或激光的三维扫描技术,为了达到高精度,它们都是采用静态扫描技术,即被扫描物体和扫描设备本身都需要在完全静止的情况下工作。虽然这种方式扫描精度高,但是由于不能动态扫描,普遍存在扫描速度慢、操作复杂和不能自动化扫描的问题。

发明内容

针对前述目前静态三维扫描技术所存在的扫描速度慢、操作复杂和不能自动化扫描的问题,本发明提供了一种物体表面三维信息重建系统及其工作方法。

本发明采用的技术方案,一方面提供了一种物体表面三维信息重建系统,包括激光扫描仪、电动转台、第一倾角传感器、第二倾角传感器、倒L型悬挂支架和PC机,其中,所述激光扫描仪集成有激光发射器和相机;所述激光扫描仪通过所述倒L型悬挂支架悬挂于电动转台的斜上方,所述第一倾角传感器安装在所述电动转台的中心,并使所述第一倾角传感器的xy平面与所述电动转台的转台平面共面,所述第二倾角传感器安装在所述相机上,并使所述第二倾角传感器的xy平面与所述相机的xy平面共面;所述PC机分别通信连接所述激光扫描仪、所述电动转台、所述第一倾角传感器和所述第二倾角传感器,所述激光扫描仪还通信连接所述电动转台。

优化的,所述相机的xy平面与所述电动转台的转台平面的安装夹角设为Δ,所述相机与所述电动转台的转轴中心的安装间距设为d,则所述安装夹角Δ和所述安装间距d满足如下关系:

式中,LTL为所述相机的梯形视野的长底边长,LTS为所述相机的梯形视野的短底边长,h为所述相机的安装高度。

优化的,还包括通信连接所述PC机的触摸显示屏。进一步优化的,所述触摸显示屏采用型号为YT-121的12.1寸工业触摸屏。

优化的,所述激光扫描仪采用型号为E1211的激光扫描仪。

优化的,所述电动转台的转台平面直径介于600~1000mm之间。

优化的,所述第一倾角传感器或所述第二倾角传感器采用型号为BWS2000的倾角传感器。

优化的,所述PC机包括型号为AIMB-585的工业PC机母板。

本发明采用的技术方案,另一方面还提供了一种前述的物体表面三维信息重建系统的工作方法,包括如下步骤:

S101.PC机在向电动转台成功传送预置的转台旋转参数后,再次传送转台旋转启动指令;

S102.电动转台在收到所述转台旋转启动指令后,根据所述转台旋转参数执行旋转动作,同时有线启动激光扫描仪中的激光发射器和相机;

S103.PC机获取由相机采集的激光扫描数据和由电动转台反馈的转台转角数据;

S104.PC机根据所述转台转角数据判断是否已经扫描到指定角度,若还未扫描到指定角度,则返回执行步骤S103,否则向电动转台传送转台旋转停止指令,并执行步骤S105;

S105.按照如下方式进行点云解算:首先以电动转台的转台平面中心为原点,换算得到各次扫描所得激光扫描数据的三维坐标[x′,y′,z′],然后根据所述转台转角数据获取各次扫描对应的转台转动角度θ,最后按照如下公式:

整合得到扫描物体的三维点云[x,y,z]。

优化的,按照如下公式换算得到激光扫描数据的三维坐标[x′,y′,z′]:

式中,为由第一倾角传感器采集的x轴倾角测量数据,为由第二倾角传感器采集的x轴倾角测量数据,[xt,yt,zt]为激光扫描数据在相机坐标系中的三维坐标,为电动转台的转台平面轴心在相机坐标系中的三维坐标。

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