[发明专利]一种全向三维激光彩色扫描系统及其方法

摘要

本发明涉及三维彩色点云数据处理与三维场景重建技术领域，一种全向三维激光彩色扫描系统及其方法，其中，系统包括激光扫描仪、高速相机、电控旋转台、导电滑环、编码器、数据采集模块、交换机、伺服驱动器、计算机及设备支架，方法包括以下步骤：1、控制电控旋转台匀速旋转，2、软硬件复合数据同步，3、同步采集数据融合。本发明一是利用软硬件复合数据同步方法，实时同步采集激光线点云、二维图像和旋转角度，同步精度高；二是利用每一个同步时刻的激光线点云与二维图像进行数据融合，实时获取场景的三维彩色点云数据，数据采集实时性好；三是利用每一个同步时刻的二维图像进行数据融合，图像信息量大，融合质量高。

主权项

1.一种全向三维激光彩色扫描系统的三维彩色点云数据采集方法，其中系统，包括激光扫描仪、高速相机、电控旋转台、导电滑环、编码器、数据采集模块、交换机、伺服驱动器、计算机及设备支架，所述设备支架底部通过螺丝固定在电控旋转台上，所述高速相机通过螺丝固定在设备支架顶部，所述激光扫描仪通过螺丝安装在设备支架中间部分，且激光扫描仪光心、高速相机镜头光心及电控旋转台旋转中心三者垂直向下重合，激光扫描仪扫描平面垂直于高速相机成像平面，所述导电滑环和编码器安装在电控旋转台的中心转轴上；所述高速相机和激光扫描仪的网络通信接口分别通过导电滑环的千兆网线与交换机相连，所述交换机通过千兆网线与计算机相连；所述高速相机和激光扫描仪的电源供电接口分别通过导电滑环的电源线与供电电源相连；所述编码器接线端口直接与数据采集模块相连，数据采集模块通过RS‑485通信线与计算机相连；所述电控旋转台还包括机械旋转台和伺服电机，伺服电机与伺服驱动器相连，伺服驱动器通过RS‑485通信线与计算机相连；所述数据采集模块、交换机、伺服驱动器、计算机分别通过电源线与供电电源相连； 所述激光扫描仪的开关量输出端口连接到高速相机的开关量输入端口，激光扫描仪的开关量输出端口还通过导电滑环的信号线连接到数据采集模块的开关量输入端口；所述方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、控制电控旋转台匀速旋转，计算机通过伺服驱动器控制电控旋转台匀速旋转，同时安装在电控旋转台上的激光扫描仪和高速相机也随电控旋转台匀速旋转；步骤2、软硬件复合数据同步，在旋转过程中，计算机软件通过千兆网络以一定的主频率向激光扫描仪发送数据采集命令，激光扫描仪接收到数据采集命令后开始扫描场景获取激光线点云，并通过其开关量输出端口向高速相机和数据采集模块的开关量输入端口发送高电平硬件同步采集信号，高速相机接收到硬件同步信号后立刻拍摄场景获取二维图像，数据采集模块接收到硬件同步信号后立刻存储编码器数值获取当前旋转角度，以实现激光线点云、二维图像和旋转角度三者的实时同步，然后，计算机软件向激光扫描仪、高速相机、数据采集模块发送数据读取命令，获取该时刻激光线点云、二维图像和旋转角度；步骤3、同步采集数据融合，计算机获取激光线点云、二维图像和旋转角度后，利用相机成像原理，求解相机成像平面和激光扫描平面之间的单应矩阵，获得激光扫描点空间坐标和相机像素坐标之间的映射关系，并利用该映射关系实时融合每一个同步时刻的激光线点云和二维图像，获取同步时刻的彩色线点云；在此基础上，利用每一个同步时刻的旋转角度将彩色线点云组合成整个场景的彩色面点云，即可获取整个场景的三维彩色点云数据。