[发明专利]基于惯性测量单元的便携式三维测量系统及其测量方法在审

专利信息
申请号: 201810429772.5 申请日: 2018-05-08
公开(公告)号: CN108692661A 公开(公告)日: 2018-10-23
发明(设计)人: 刘晓利;刘超俊;汤其剑;彭翔 申请(专利权)人: 深圳大学
主分类号: G01B11/00 分类号: G01B11/00;G06T7/30;G06T7/70;G06T7/80
代理公司: 深圳市恒申知识产权事务所(普通合伙) 44312 代理人: 王利彬
地址: 518060 广东*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 惯性测量单元 三维测量单元 三维测量系统 测量 被测物体表面 被测物体 测量领域 点云数据 实时获取 投影辅助 位姿信息 标定 传感 点云 迭代 配准 位姿 三维 应用
【权利要求书】:

1.一种基于惯性测量单元的便携式三维测量系统,其特征在于,包括三维测量单元和惯性测量单元:

所述惯性测量单元,固定在所述三维测量单元上,用于获取所述三维测量单元的自身相对位置;

所述三维测量单元,用于通过投影辅助对被测物体进行测量,获取所述被测物体表面局部的点云数据。

2.如权利要求1所述的便携式三维测量系统,其特征在于,所述三维测量单元包括两个相机和一个投影模块;

所述投影模块,用于向所述被测物体表面投射结构光图像;

所述相机,用于采集经过所述被测物体表面调制的结构光图像信息。

3.如权利要求1所述的便携式三维测量系统,其特征在于,所述惯性测量单元包括三轴陀螺仪和三轴加速度计。

4.一种如权利要求1至3任意一项所述的便携式三维测量系统的测量方法,其特征在于,包括:

步骤A,对所述便携式三维测量系统进行标定,得到所述三维测量单元和所述惯性测量单元之间的位姿变换关系,并以所述惯性测量单元各姿态角度输出为0时,所述三维测量单元的坐标系作为全局坐标系;

步骤B,利用所述三维测量单元对被测物体进行测量,得到所述被测物体表面局部的点云数据,并利用所述惯性测量单元的输出信息解算其位姿信息;

步骤C,保持所述被测物体不动,变换测量视角,利用所述三维测量单元对所述被测物体进行测量,并利用所述惯性测量单元的输出信息解算此时惯性测量单元的位姿信息,所述三维测量单元在当前测量视角和前一测量视角下获取的点云数据存在共同区域;

步骤D,计算所述惯性测量单元在当时测量视角相对于前一测量视角的位姿变换关系,并计算两次测量时所述三维测量单元的位姿变换关系;

步骤E,将前一测量视角的三维测量单元坐标系到全局坐标系的精确位姿变换关系和两次测量的三维测量单元的位姿变换关系应用于当前测量视角的点云迭代最近点ICP配准的迭代初始值,并进行迭代最近点ICP迭代;

步骤F,在迭代最近点ICP迭代结束后,得到所述三维测量单元在当时测量视角与前一测量视角之间的精确位姿变换关系,并用所述三维测量单元的精确位姿变换关系对当前所述惯性测量单元的位姿进行调整;

步骤G,重复步骤C到步骤F,直至完成对所述被测物体的测量;

步骤H,对测量过程中的获取的点云数据进行优化处理,得到点云模型。

5.如权利要求4所述的测量方法,其特征在于,所述步骤A中,对所述便携式三维测量系统进行标定包括对两个相机的标定和对所述惯性测量单元位姿的标定,其中:

对两个相机的标定包括:获取两个相机的内部参数、镜头畸变参数及两个相机坐标系间的刚体变换;

对所述惯性测量单元位姿的标定包括:计算所述惯性测量单元的坐标系相对于三维测量单元的坐标系的刚体变换Tic,其中,Ric表示旋转变换,tic表示平移向量。

6.如权利要求4所述的测量方法,其特征在于,所述利用所述三维测量单元对被测物体进行测量,得到所述被测物体表面局部的点云数据包括:

采用散斑相关方法,利用所述三维测量单元向所述被测物体的表面投射结构光图像,两个相机采集经过所述被测物体的表面调制的结构光图像信息,利用所述结构光图像信息中的散斑信息进行同名点查找及亚像素优化,得到所述被测物体表面局部的点云数据;

或:

采用相位测量轮廓术方法,利用所述三维测量单元向所述被测物体的表面投射结构光图像,两个相机采集经过所述被测物体的表面调制的结构光图像信息,利用所述结构光图像信息中的相位信息进行同名点查找及亚像素优化,得到所述被测物体表面局部的点云数据。

7.如权利要求4所述的测量方法,其特征在于,所述利用所述惯性测量单元的输出信息解算其位姿信息包括:

通过所述惯性测量单元的输出信息,解算惯性测量单元坐标系相对于其自身基准坐标系的刚体变换,根据所述惯性测量单元坐标系相对于其基准坐标系的刚体变换计算当前所述三维测量单元的位姿信息。

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