专利名称：三维测量系统及其三维扫描装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种扫描装置，尤其涉及三维扫描装置以及应用该装置的三维测量系统。
背景技术：
随着三维空间信息服务的日益普及，人们对虚拟现实的逼真性要求越来越高，移动建模与测量技术也越来越受关注，移动测量设备的运动载体多种多样，可以是陆地车辆、 船舰、航空飞行器，甚至可以是便携背包，因此得到广泛应用，移动建模与测量技术运用激光扫描仪直接获取测量目标的几何信息，其工作距离可以达到千米级，测距也可达到毫米的精度，但是由于激光扫描仪视场范围有限，往往只能扫描到特定方向的目标物，无法达到全方位扫描，这就不能满足某些用户对于扫描角度的特定需求，例如，不能满足铁路部门对铁道上方高压线测量的要求、难以获取迎面的交通标志的点云或者仅能扫描到胡同的一侧而不能扫描另一侧。
发明内容
鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的主要目的在于解决现有技术的缺陷， 提供一种能够全方位扫描的三维测量装置以及应用该装置的三维测量系统。一种三维扫描装置，包括一具有360度扫描视场的激光扫描仪及一具有一旋转中心的电子转台，所述激光扫描仪安装在所述电子转台上，所述激光扫描仪的一扫描面与所述电子转台之间具有一特定角度，所述电子转台可绕其旋转中心水平旋转，以调整所述激光扫描仪的扫描角度。一种三维测量系统，包括一定位定姿装置、一通过扫描获取一被测目标物体的几何数据的360度的激光扫描仪、一具有一旋转中心且绕所述旋转中心水平旋转的电子转台、一获取所述电子转台的绝对位置数据的定位定姿装置及一将所述电子转台的绝对位置数据和所述激光扫描仪获取的几何数据进行融合处理的数据处理装置，所述定位定姿装置及所述激光扫描仪安装在所述电子转台上，所述激光扫描仪的一扫描面与所述电子转台之间具有一特定角度。本发明相较现有技术的有益效果为所述三维测量系统及所述三维扫描装置采用了 360度激光扫描仪进行扫描，且所述电子转台可绕其中心做360度水平旋转，还可通过设置激光扫描仪的扫描面与所述电子转台之间的安装角度调整所述激光扫描仪的扫描角度， 因此所述三维扫描装置及三维测量系统可向从前后、上下、左右各个方向扫描测量所述被测目标物，实现对目标物进行全方位测量，可满足用户对于扫描角度的特定需求。
图1为本发明三维测量系统的第一较佳实施方式安装在一运动载体上的结构示意图。
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图2为图1中的电子转台、影像采集装置及定位定姿装置的安装示意图。图3为本发明三维测量系统的第二较佳实施方式的结构示意图。
具体实施例方式下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。请参考图1及图2，本发明三维测量系统的第一较佳实施方式安装在一运动载体2 上，用于测量一目标物体的三维数据并建立被测目标物体的三维模型，本实施方式中，所述运动载体2为一车辆，在其他实施方式中，所述运动载体2可为航空飞行器、船舰、便携背包寸。所述三维测量系统包括一电子转台10、一影像采集装置20、一定位定姿装置30及一数据处理装置40。所述影像采集装置20包括一激光扫描仪210及两CCD (Charge-coupled Device,电荷耦合元件)照相机220。所述激光扫描仪210为一 360度激光扫描仪，即其具有360度的扫描视场，可做环状扫描。所述电子转台10水平安装在所述运动载体2的一托盘上，并可随所述托盘上下移动。所述定位定姿装置30安装在所述电子转台10上，所述定位定姿装置30还作为一承载装置，用于安装所述影像采集装置20，其中，所述激光扫描仪210通过一举升装置50安装在所述定位定姿装置30上，所述两CCD照相机220架设在所述激光扫描仪210的上方。 如图2箭头所示，所述激光扫描仪210的多条不同方向的扫描线共同所在的一平面为所述激光扫描仪210的一扫描面，所述两CCD照相机220的镜头方向与所述激光扫描仪210的扫描面平行，即每一 CCD照相机220的镜头方向平行于至少一条扫描线，安装时，可根据被测目标物体的位置、大小等，并通过所述举升装置50设置所述激光扫描仪210与所述电子转台10之间的安装角度，以将所述激光扫描仪210和两CCD照相机220安装在特定的工位， 如图1、图2所示，本实施方式中，调整所述举升装置50的升降将所述激光扫描仪210安装在斜45度工位，即将所述激光扫描仪210倾斜45度安装在所述定位定姿装置30上，因此， 所述激光扫描仪210的扫描面与电子转台10之间的角度为45度(90度-45度)。所述电子转台10具有一旋转中心，所述电子转台10可绕其旋转中心做360度水平旋转，当所述电子转台10水平旋转时，所述激光扫描仪210、两CCD照相机220及定位定姿装置30随所述电子转台10水平旋转。所述激光扫描仪210通过激光扫描的方式获取被测目标物体的几何信息，如长度、高度等，所述两CCD照相机220用于拍摄所述被测目标物的图像以获取被测目标物体的
纹理信息。所述定位定姿装置30用于获取所述电子转台10的绝对位置信息，所述绝对位置信息包括所述电子转台10的旋转中心在全球统一坐标系下的坐标以及所述电子转台10绕其旋转中心旋转的角度，所述定位定姿装置可包括一惯性测量单元anertial Measurement Unit，IMU)及一全球卫星定位系统(Global Position System，GPS)，其中所述惯性测量单元用于测量所述电子转台10的旋转角度，所述全球定位系统用于获取时间信息以及所述电子转台10的旋转中心在全球统一坐标系下的坐标，所述定位定姿装置30 可通过发送PPS (Pulse per second，每秒脉冲)和串口时间信号给所述激光扫描仪110和
4所述两CXD照相机220，以与所述激光扫描仪110和两CXD照相机220同步工作。如图1所示，所述数据处理装置40为一安装在所述运动载体2内的计算机，所述数据处理装置40用于接收所述定位定姿装置30获取的所述电子转台10的绝对位置信息以及所述影像采集装置20获取的几何信息和纹理信息，并通过内设的软件对接收的数据进行融合处理，以及根据数据处理结果建立被测目标物的三维模型。所述数据处理装置40 可通过信号线缆与所述影像采集装置10及定位定姿装置20相连接，也可与所述影像采集装置20及定位定姿装置30无线通信。所述激光扫描仪210的扫描角度以及两所述CCD照相机220的拍摄角度可随所述激光扫描仪210在所述定位定姿装置30上的安装工位的改变而改变，因此，可根据对目标位置的位置、大小等设置所述激光扫描仪210的安装工位，例如，在本实施方式中，所述激光扫描仪210可在斜45度方向做360度环状扫描，当测量胡同的三维数据时，所述激光扫描仪即可扫描胡同一侧的建筑物以及迎面的交通标志，通过旋转所述电子转台10也可调整所述激光扫描仪210的扫描角度和所述CCD照相机220的拍摄角度，例如，所述电子转台 10旋转180度时，所述激光扫描仪210可在斜135度方向做360度扫描，因此可测量胡同的另一侧。请参考图3，在第二实施方式中，所述激光扫描仪210也可直接安装在所述电子转台10上并通过举升装置50调节角度，而不通过所述定位定姿装置30安装在所述电子转台 10上。由于所述三维测量系统1采用了 360度扫描视场的激光扫描仪210进行扫描，还可根据需要设置所述激光扫描仪210和两CCD相机220在所述电子转台10上的安装工位， 且所述电子转台10可绕其中心做360度水平旋转，因此所述移动建模与测量系统1可向从前后、上下、左右各个方向实时获取被测目标物的几何和纹理信息，实现对目标物进行全方位测量，可满足用户对于扫描角度的特定需求。在其他实施方式中，可根据需要增加或减少所述CCD照相机220的数量，只要使所述CCD照相机220的镜头方向平行于所述激光扫描仪的一扫描方向，因此，所述CCD照相机 220可拍摄所述激光扫描仪210当前所扫描的位置，无需进行后续的影像纠正，当不需要获取被测目标物的纹理数据而只需获取其几何数据时，也可不安装CCD照相机，例如，测量高压线时，可无需使用CCD照相机。由于所述移动测量系统将所述定位定姿装置10获取的实时的位置和姿态数据与目标物的几何数据和纹理数据相融合，避免了后续的扫描拼站问题。
权利要求
1.一种三维扫描装置，包括一具有360度扫描视场的激光扫描仪及一具有一旋转中心且绕所述旋转中心水平旋转的电子转台，所述激光扫描仪安装在所述电子转台上，所述激光扫描仪的一扫描面与所述电子转台之间具有一特定角度。
2.如权利要求1所述的三维扫描装置，其特征在于所述三维扫描装置还包括一调整所述特定角度的大小的举升装置，所述举升装置安装在所述激光扫描仪和电子转台之间。
3.如权利要求1所述的三维扫描装置，其特征在于所述特定角度为45度。
4.一种三维测量系统，包括一定位定姿装置、一通过扫描获取一被测目标物体的几何数据的360度的激光扫描仪、一具有一旋转中心且绕所述旋转中心水平旋转的电子转台、 一获取所述电子转台的绝对位置数据的定位定姿装置及一将所述电子转台的绝对位置数据和所述激光扫描仪获取的几何数据进行融合处理的数据处理装置，所述定位定姿装置及所述激光扫描仪安装在所述电子转台上，所述激光扫描仪的一扫描面与所述电子转台之间具有一特定角度。
5.如权利要求4所述的三维测量系统，其特征在于所述特定角度为45度。
6.如权利要求4所述的三维测量系统，其特征在于所述三维测量系统还包括一调整所述特定角度的大小的举升装置，所述举升装置安装在所述激光扫描仪和电子转台之间。
7.如权利要求4所述的三维测量系统，其特征在于所述激光扫描仪在所述电子转台上以所述特定角度的余角固定在所述定位定姿装置上。
8.如权利要求4所述的三维测量系统，其特征在于所述电子转台的绝对位置信息包括所述电子转台的旋转中心在全球统一坐标系下的坐标以及所述电子转台绕其旋转中心所旋转的角度。
9.如权利要求4所述的三维测量系统，其特征在于所述三维测量系统还包括至少一用于获取所述被测目标物体的纹理数据的照相机，所述至少一照相机架设在所述激光扫描仪上，且所述至少一照相机的镜头方向与所述激光扫描仪的扫描面平行，所述数据处理装置还将所述照相机获取的纹理数据与所述几何数据和所述电子转台的绝对位置数据一起进行融合处理。
10.如权利要求9所述的三维测量系统，其特征在于所述定位定姿装置通过发送一每秒脉冲信号及一串口时间信号给所述激光扫描仪和所述至少一照相机以与所述激光扫描仪和所述照相机同步工作。
全文摘要
本发明涉及一种三维测量系统，包括一定位定姿装置、一通过扫描获取一被测目标物体的几何数据的360度的激光扫描仪、一具有一旋转中心且绕所述旋转中心水平旋转的电子转台、一获取所述电子转台的绝对位置数据的定位定姿装置及一将所述电子转台的绝对位置数据和所述激光扫描仪获取的几何数据进行融合处理的数据处理装置，所述定位定姿装置及所述激光扫描仪安装在所述电子转台上，所述激光扫描仪的一扫描面与所述电子转台之间具有一特定角度。本发明还提供一种三维扫描装置，所述三维扫描装置及三维测量系统实现了对被测物体的全方位扫描和测量。
文档编号G01B11/00GK102338617SQ20101023627
公开日2012年2月1日 申请日期2010年7月22日 优先权日2010年7月22日
发明者刘先林, 宫辉力, 王留召, 钟若飞 申请人:首都师范大学