[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

说明书

本发明适用于三维传感及测量领域，提供了一种基于惯性测量单元的便携式三维测量系统及其测量方法，其中该便携式三维测量系统包括三维测量单元和惯性测量单元：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；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。本发明实施例提供的便携式三维测量系统包括惯性测量单元，通过惯性测量单元实时获取自身的相对位置，结合预先的位姿标定，就能够获得三维测量单元的位姿信息，将其应用到ICP迭代的初始值上，进而实现点云高精度配准。

技术领域

本发明属于三维传感和测量领域，尤其涉及一种基于惯性测量单元的便携式三维测量系统及其测量方法。

背景技术

三维重建技术在工业生产及检测、游戏建模、服饰行业、文物保护以及医学工程等领域具有广泛的应用前景。基于机械、光学、声学、电磁学原理的各种测量方法均取得了巨大进展，尤其是以激光扫描法、干涉法和结构光方法为代表的光学非接触测量方法，在许多领域中实现了商业应用。

基于双目系统的结构光三维重建，利用系统的投影装置向待测物体投射单幅或者多幅结构光图像，系统的两个相机同步获取经结构光编码的待测物体图像，对图像进行信息处理，建立左右两相机图像的对应关系，进而实现三维点云重建。典型的结构光三维重建方法有：散斑相关方法、相位测量轮廓术方法等。

当被测物体尺度较大、存在遮挡或内外表面时，为获取物体的完整三维表达，单视点测量系统一般需借助辅助运动机构如机械臂、转台等进行测量，或者构建三维传感器测量网络，使测量空间全面覆盖被测物体空间。上述两种方法均导致测量系统成本增加，且不灵活。一种低成本的解决方案是，对于能够实时测量的单视点三维测量系统，因不同测量视角获取的点云数据间的错动较小，一般可以不提供配准初值，直接对不同视角的测量点云使用ICP(Iterative Closest Point)迭代算法进行点云配准，但通常稳定性较差，容易出现误匹配现象。

综上所述，目前的三维测量系统，大多数无法实现实时测量，且系统成本高，测量过程不灵活。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于惯性测量单元的便携式三维测量系统及其测量方法，旨在解决现有三维测量系统无法实现实时测量，且系统成本高，测量过程不灵活的问题。

本发明是这样实现的，一种基于惯性测量单元的便携式三维测量系统，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。

进一步地，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。

进一步地，所述惯性测量单元包括三轴陀螺仪和三轴加速度计。

本发明实施例还提供了一种如上述所述的便携式三维测量系统的测量方法，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；