[发明专利]一种高度可调的智能3D信息采集设备

说明书

本发明实施例提供了一种高度可调的智能视觉3D信息采集设备及采集方法，包括图像采集装置、旋转装置、承载装置和伸缩装置；其中图像采集装置与旋转装置连接，由旋转装置带动其旋转；伸缩装置一端与旋转装置连接，另一端与承载装置连接，用于在沿图像采集装置光轴垂直的方向伸缩，从而可以将图像采集装置定位在不同的位置；首次提出对于细长空间采集可以使用伸缩杆实现多个位置的采集，从而方便合成整体3D模型。

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

在进行3D测量时，需要首先采集3D信息。目前常用的方法包括使用机器视觉的方式和结构光、激光测距、激光雷达的方式。

结构光、激光测距、激光雷达的方式均需要主动光源发射到目标物上，在某些情况下会对目标物造成影响，且光源成本较高。并且光源结构比较精密，易于损坏。

而机器视觉的方式是采集物体不同角度的图片，并将这些图片匹配拼接形成3D模型，成本低、易使用。其在采集不同角度图片时，可以待测物不同角度设置多个相机，也可以通过单个或多个相机旋转从不同角度采集图片。但无论这两种方式哪一种，都需要将相机的采集位置围绕目标物设置(简称环绕式)，但这种方式需要较大空间为图像采集装置设置采集位置。

而且，除了单一目标物3D构建外，通常还有目标物内部空间3D模型构建需求和周边较大视场范围内的3D模型构建的需求，这是传统环绕式3D采集设备所很难做到的。特别是对于内部空间细长的目标物而言，由于相机视场有限，无论哪种方式都难以构建完成的3D模型。由于采集目标较高或较长的形状，限制了采集的准确性和全面性，无法获得完整的3D模型。

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这在环绕式3D采集中是可行的，可以事先测量目标物尺寸。但在开放式的空间中则难以事先测量目标物，例如需要采集获得街道、交通路口、楼群、隧道、车流等的3D信息(不限于此)。这使得这种方法难以奏效。即使是固定的较小的目标物，例如家具、人身体部分等虽然可以事先测量其尺寸，但这种方法依然受到较大限制：目标物尺寸难以准确确定，特别是某些应用场合目标物需要频繁更换，每次测量带来大量额外工作量，并且需要专业设备才能准确测量不规则目标物。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。

现有技术虽然也有对于环绕式采集设备优化的方法，但当3D采集合成设备的相机的采集方向与其旋转轴方向相互背离的情况时，现有技术就没有更佳的优化方法。

因此，急需一种能够精确、高效、方便采集周边或内部较高较长空间3D信息的装置。

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高度可调的智能视觉3D信息采集设备。

本发明实施例提供了一种高度可调的智能视觉3D信息采集设备及采集方法，包括图像采集装置、旋转装置、承载装置和伸缩装置；

其中图像采集装置与旋转装置连接，由旋转装置带动其旋转；

伸缩装置一端与旋转装置连接，另一端与承载装置连接，用于在沿图像采集装置光轴垂直的方向伸缩，从而可以将图像采集装置定位在不同的位置；

图像采集装置在相邻的两个采集位置的光轴的夹角α满足如下条件：

其中，R为旋转中心到目标物表面的距离，T为采集时物距与像距的和，d为图像采集装置的感光元件(CCD)的长度或宽度，F为图像采集装置的镜头焦距，u为经验系数。

在可选的实施例中，u0.498，为了更佳的合成效果，优选u0.411，特别是优选u0.359，在一些应用场合下u0.281，或u0.169，或u0.041，或u0.028。