[实用新型]一种具有俯仰角度的三维信息采集、合成及利用设备

说明书

本实用新型实施例提供了一种具有俯仰角度的三维信息采集、合成及利用设备，其中采集设备包括图像采集装置、旋转装置和俯仰装置；图像采集装置设置在俯仰装置上，使得图像采集装置可以沿垂直面俯仰转动；俯仰装置与旋转装置连接，由旋转装置带动其转动；首次提出通过调节相机俯仰角的方式，使得通过相机自转即可对表面(目标物内部表面或周边视场范围内目标物表面)不与水平面垂直的目标物进行3D采集和建模。

技术领域

本实用新型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。特别是对于一些非圆筒形状的内部空间，或目标物内部表面 (周边视场范围内目标物表面)并不与水平面垂直(例如内部呈类似圆锥体) 时，如果不优化相机光轴的角度，将会使得采集过程中丢失表面细节特征，从而使得合成的3D模型失真。因此，对于异形空间和物体的精确3D采集目前还是空白。

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，特别是对于上述异形结构或空间，其尺寸不易准确测量：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、方便采集周边异形结构或特殊形状内部空间3D信息的装置。

实用新型内容

鉴于上述问题，提出了本实用新型提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种具有俯仰角度的三维信息采集设备。

本实用新型实施例提供了一种具有俯仰角度的三维信息采集设备，包括图像采集装置、旋转装置和俯仰装置；

图像采集装置设置在俯仰装置上，使得图像采集装置可以沿垂直面俯仰转动；

俯仰装置与旋转装置连接，由旋转装置带动其转动；

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，所述俯仰装置为手动调节，或为电动机驱动。