[发明专利]一种在运动过程中获取物体3D坐标及尺寸的设备及方法

说明书

本发明实施例提供了一种3D建模中的采集设备及方法，(1)利用采集设备采集目标物多个图像；(2)标定装置获取采集设备在采集每个图像时采集设备的位置和姿态信息；(3)处理器根据上述多个图像合成目标物三维模型，同时根据采集设备位置和姿态信息得到同名像点对应的三维坐标，从而获得具有精准三维坐标的三维模型点云。通过对相机位置和姿态获取的方法实现目标物体的绝对尺寸标定，并且采用同名像点解算的方式，无需提前对目标物进行标定物放置，或投射标定点。

技术领域

本发明涉及形貌测量技术领域，特别涉及3D形貌测量技术领域。

背景技术

目前在利用视觉方式进行3D采集和测量时，通常使得相机相对目标物转动，或在目标物周边设置多个相机同时进行采集。例如南加州大学的DigitaL EmiLy项目，采用球型支架，在支架上不同位置不同角度固定了上百个相机，从而实现人体的3D采集和建模。然而无论哪种方式，都需要相机与目标物距离较短，至少应当在可布置的范围内，这样才能形成相机在不同位置采集目标物图像。

然而在一些应用中，无法环绕目标物进行图像的采集。例如监控探头在采集被监控区域时，由于区域较大、距离较远，且采集对象不固定，因此难以围绕目标对象设置相机，或使得相机围绕目标对象转动。在这种情形下如何进行目标对象的3D采集与建模是亟待解决的问题。

更进一步的问题，对于这些远距离的目标即使完成3D建模，如何得到其准确的尺寸，从而使得3D模型具有绝对的尺寸也是没有解决的问题。例如对远处一个建筑进行建模时，为了获得其绝对尺寸，现有技术通常是在建筑上或旁边设置标定物，根据标定物的大小从而获得建筑物3D模型的大小。然而并不是所有情况都允许我们去目标物附近放置标定物，此时即使获得3D模型，也无法获得绝对尺寸，也就无法获知物体的真实大小。例如，在河对岸的一个房屋，如果要对其进行建模必须要在房屋上放置标定物，然而如果无法过河将难以完成这个工作。除了距离远之外，也存在距离并不远，但目标物上由于某种原因无法放置标定物，例如古董花瓶的三维建模中，处于保护的目的不能在花瓶上贴标定点或标定物，此时如何获得花瓶模型的绝对尺寸成为巨大的问题。而且有些物体3D模型扫描时不仅无法放置标定物，即使使用光束打到物体上形成标定光点也是不期望的。此时如何进行目标物尺寸的测量成为难题。

另外，有时3D采集建模装置需要放置在移动装置上，例如在自动驾驶汽车上使用，或安装在机器人上使用，为它们提供3D视觉。而它们所遇到的目标物是不确定的，此时不可能在车辆或机器人行驶的所有区域全部放置标定物。那么在这种情况下如何获得周边目标物的3D尺寸成为一个难题。

在现有技术中也曾提出使用包括旋转角度、目标物尺寸、物距的经验公式限定相机位置，从而兼顾合成速度和效果。然而在实际应用中发现：除非有精确量角装置，否则用户对角度并不敏感，难以准确确定角度；目标物尺寸难以准确确定，例如上述河边房屋的3D模型构建的场景中。并且测量的误差导致相机位置设定误差，从而会影响采集合成速度和效果；准确度和速度还需要进一步提高。

因此，目前急需解决以下技术问题：①能够在目标物上或周边没有标定物的情况下，获得目标物的3D尺寸。特别是能够适用于变化的周边环境的3D尺寸测量。②同时兼顾合成速度和合成精度。③采集较远物体的三维模型。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的标定设备及方法。

本发明实施例提供了一种3D建模中的采集设备及方法，

(1)利用采集设备采集目标物多个图像；

(2)标定装置获取采集设备在采集每个图像时采集设备的位置和姿态信息；

(3)处理器根据上述多个图像合成目标物三维模型，同时根据采集设备位置和姿态信息得到同名像点对应的三维坐标，从而获得具有精准三维坐标的三维模型点云。

在可选的实施例中：位置信息包括XYZ坐标，姿态信息包括偏角、倾角和旋角。