全方位室内三维扫描系统及方法与流程

本发明涉及三维扫描领域，尤其涉及一种全方位室内三维扫描系统及方法。

背景技术：

在目前的室内三维扫描技术中，多采用结构光三维扫描测量方法，即，在室内固定点放置双摄像装置，利用双摄像装置的三角交汇得到形体的三维坐标信息。与传统测量方法相比，它具有无接触、检测速度快、数据量大等优点；然而，由于这种室内三维扫描需要布置的点较多，对每个检测点需要都手动移动测量设备进行检测；这样，在一般情况下，一个100m²的房屋的扫描时间能够达到1h-2h，扫描时间较长。同时，由于室内三维扫描布置的点有限，在墙角等边缘位置常常会出现测量误差。此外，当室内陈设较多时，易妨碍室内三维扫描效果，还会阻挡扫描设备到达。

技术实现要素：

本发明针对上述技术问题，提出一种全方位室内三维扫描系统及方法。

本发明所提出的技术方案如下：

本发明提出了一种全方位室内三维扫描系统，包括：

行走装置，用于通过其底部行走轮进行滑动；

无人机，可升降地直接或间接停在行走装置上；

转动圆盘，可360°自转地安装在无人机上；

三维扫描装置，相对固定地安装在转动圆盘上，用于基于双目视觉原理拍摄深度图；

激光测距装置，相对固定地安装在转动圆盘上；以及

处理装置，安装在行走装置上并分别与无人机、激光测距装置以及三维扫描装置通讯连接，用于分别控制无人机、激光测距装置以及三维扫描装置的工作。

本发明上述的全方位室内三维扫描系统中，处理装置包括安装在行走装置上、并分别与无人机、激光测距装置以及三维扫描装置通讯连接，用于分别控制无人机、激光测距装置以及三维扫描装置工作的处理主体，以及安装在处理主体上的支撑架；无人机可升降地支撑在支撑架上。

本发明上述的全方位室内三维扫描系统中，支撑架为三角支撑架，其顶部形成有供无人机停靠的底座。

本发明上述的全方位室内三维扫描系统中，处理装置还与转动圆盘通讯连接，用于驱动转动圆盘转动；处理装置还与行走装置通讯连接，用于驱动行走装置行走。

本发明上述的全方位室内三维扫描系统中，支撑架上形成有供无人机定位的定位装置；无人机底部开设有定位孔，定位装置包括与支撑架连接并与定位孔相适配的定位柱以及形成于定位柱上方的定位锥。

本发明上述的全方位室内三维扫描系统中，行走轮可收纳地设置于行走装置的主体上。

本发明还提出了一种基于如上所述的全方位室内三维扫描系统的三维扫描方法，包括以下步骤：

步骤s1、将全方位室内三维扫描系统放置在室内；

步骤s2、转动圆盘自转，激光测距装置随之自转时测定激光测距装置与周围障碍物的距离；处理装置根据该距离获取室内障碍物初始分布图，并根据室内障碍物初始分布图在室内确定多个扫描点；

步骤s3、分别判断所述多个扫描点中的每一个扫描点是否为行走装置能够到达的扫描点，若是，则驱动行走装置带着三维扫描装置到达；若不是，则驱动无人机带着三维扫描装置到达；

其中，当行走装置带着三维扫描装置到达一扫描点时，转动圆盘自转，三维扫描装置随之自转时进行360°扫描拍摄；当无人机带着三维扫描装置到达一扫描点时，待无人机悬停稳定后，转动圆盘自转，三维扫描装置随之自转时进行360°扫描拍摄，待360°扫描拍摄完成后，无人机带着三维扫描装置飞回。

本发明上述的三维扫描方法中，在对具有多个房间的室内进行扫描时，在步骤s1之前，三维扫描方法还包括：

步骤s0、在邻近的两个房间的连接位置预设扫描点。

本发明构造了一种全方位室内三维扫描系统及方法，其通过采用行走装置实现全方位室内三维扫描系统的自动移动，并通过激光测距装置实现多个扫描点的精确确定，避免出现测量误差；同时，多个扫描点的精确确定，也避免了妨碍室内三维扫描效果。此外，还在行走装置无法到达扫描点的情况下采用无人机使三维扫描装置到达。本发明的全方位室内三维扫描系统及方法设计巧妙，实用性强。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1示出了本发明优选实施例的全方位室内三维扫描系统的结构示意图；

图2示出了图1所示的全方位室内三维扫描系统的功能模块连接图；

图3示出了本发明另一实施例的全方位室内三维扫描系统的功能模块连接图；

图4示出了图1所示的全方位室内三维扫描系统的分离使用状态参考图；

图5示出了图4所示的全方位室内三维扫描系统的a部的局部放大图；

图6示出了图1所示的全方位室内三维扫描系统的另一使用状态参考图。

具体实施方式

本发明所要解决的技术问题是：现有室内三维扫描需要布置的点较多，对每个检测点需要都手动移动测量设备进行检测；这样，在一般情况下，一个100m²的房屋的扫描时间能够达到1h-2h，扫描时间较长。同时，由于室内三维扫描布置的点有限，在墙角等边缘位置常常会出现测量误差。此外，当室内陈设较多时，易妨碍室内三维扫描效果，还会阻挡扫描设备到达。本发明就该技术问题而提出的技术思路是：构造了一种全方位室内三维扫描系统及方法，其通过采用行走装置实现全方位室内三维扫描系统的自动移动，并通过激光测距装置实现多个扫描点的精确确定，避免出现测量误差；同时，多个扫描点的精确确定，也避免了妨碍室内三维扫描效果。此外，还在行走装置无法到达扫描点的情况下采用无人机使三维扫描装置到达。

为了使本发明的技术目的、技术方案以及技术效果更为清楚，以便于本领域技术人员理解和实施本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，图1示出了本发明优选实施例的全方位室内三维扫描系统的结构示意图。该全方位室内三维扫描系统包括：

行走装置100，用于通过其底部行走轮110进行滑动；

无人机200，可升降地直接或间接停在行走装置100上；

转动圆盘400，可360°自转地安装在无人机200上；

三维扫描装置500，相对固定地安装在转动圆盘400上，用于基于双目视觉原理拍摄深度图；

激光测距装置600，相对固定地安装在转动圆盘400上；以及

处理装置700，安装在行走装置100上并分别与无人机200、激光测距装置600以及三维扫描装置500通讯连接，用于分别控制无人机200、激光测距装置600以及三维扫描装置500的工作，如图2所示。

进一步地，在本实施例中，如图1所示，处理装置700包括安装在行走装置100上、并分别与无人机200、激光测距装置600以及三维扫描装置500通讯连接，用于分别控制无人机200、激光测距装置600以及三维扫描装置500工作的处理主体710，以及安装在处理主体710上的支撑架720；无人机200可升降地支撑在支撑架720上。优选地，支撑架720为三角支撑架，其顶部形成有供无人机200停靠的底座721。

进一步地，在其他实施例中，如图3所示，处理装置700还与转动圆盘400通讯连接，用于驱动转动圆盘400转动；处理装置700还可与行走装置100通讯连接，用于驱动行走装置100行走。

进一步地，如图4所示，图4示出了图1所示的全方位室内三维扫描系统的分离使用状态参考图。为了保证无人机200可以稳定地落在支撑架720上，支撑架720上形成有供无人机200定位的定位装置300。具体来说，在本实施例中，如图5所示，图5示出了图4所示的全方位室内三维扫描系统的a部的局部放大图。为了使无人机降落有较高的容错性，无人机200底部开设有定位孔(图中未示出)，定位装置300包括与支撑架720连接并与定位孔相适配的定位柱310以及形成于定位柱310上方的定位锥320。这样，即使无人机200飞行过程出现些许误差，无人机依然可以稳稳降落在正确的位置。无人机的定位孔与定位装置形状相适配，保证无人机降落后的稳定性。优选地，定位装置300包括至少两个定位柱310，定位孔的数量与定位柱310的数量相同。通过这一设置，可以使得无人机200的取向在扫描过程中更容易保持一致性。

在本实施例中，三维扫描装置500为结构光三维扫描装置，可以对周围环境进行扫描，绘制出深度图。进一步地，在转动圆盘400自转情况下，三维扫描装置500可随之自转，并在自转过程中进行360°扫描，再通过图像拼接，可以得到室内的三维图。

进一步地，在本实施例中，由于激光测距装置600与转动圆盘400相对固定，因此，在转动圆盘400自转情况下，激光测距装置600也可随之自转，从而实现360°扫描。

进一步地，在室内，激光测距装置600可以测量全方位室内三维扫描系统到室内壁面的距离，这样，以室内壁面作为参照物，可以实现全方位室内三维扫描系统在室内的定位。相似地，三维扫描装置500基于双目测距原理也一样能够实现全方位室内三维扫描系统在室内的定位。配合激光测距装置600或三维扫描装置500的定位功能，行走装置100可以带动三维扫描装置500以及激光测距装置600在室内行走，并在预设的扫描点停止。

进一步地，本发明还提出了基于上述全方位室内三维扫描系统的三维扫描方法，包括以下步骤：

步骤s1、将全方位室内三维扫描系统放置在室内；

在本步骤中，全方位室内三维扫描系统将会放置在其不易与墙壁或室内陈设发生碰撞的位置；优选地，处理装置700具有延时测量功能，当启动处理装置700的延时测量功能后，使用者可离开房间，避免使用者被全方位室内三维扫描系统拍摄到。

步骤s2、转动圆盘400自转，激光测距装置600随之自转时测定激光测距装置600与周围障碍物的距离；处理装置700根据该距离获取室内障碍物初始分布图，并根据室内障碍物初始分布图在室内确定多个扫描点；

在本步骤中，扫描点的确定需要避开障碍物(即室内陈述和内壁)，防止障碍物与室内三维扫描系统发生碰撞，同时根据扫描所需精细度来选择扫描点之间的距离，扫描越精细，扫描点之间的距离越短。

步骤s3、分别判断所述多个扫描点中的每一个扫描点是否为行走装置100可以到达的扫描点，若是，则驱动行走装置100带着三维扫描装置500到达；若不是，则驱动无人机200带着三维扫描装置500到达；

其中，当行走装置100带着三维扫描装置500到达一扫描点时，转动圆盘400自转，三维扫描装置500随之自转时进行360°扫描拍摄；当无人机200带着三维扫描装置500到达一扫描点时，待无人机200悬停稳定后，转动圆盘400自转，三维扫描装置500随之自转时进行360°扫描拍摄，待360°扫描拍摄完成后，无人机200带着三维扫描装置500飞回；

在本步骤中，行走轮110可收纳于行走装置100的主体内，如图6所示；当行走装置100停止运动时，行走轮110会收纳于行走装置100的主体中，以使行走装置100的主体直接接触地面，从而增强行走装置100对无人机200以及三维扫描装置500的支撑稳定性，提高三维扫描装置500拍摄的精度。

进一步地，在对具有多个房间的室内进行扫描时，在步骤s1之前，三维扫描方法还包括：

步骤s0、在邻近的两个房间的连接位置预设扫描点；

这样，当三维扫描装置500在步骤s0所预设的扫描点以及步骤s2所确定的扫描点上均完成360°扫描拍摄，且处理装置700对所有扫描数据进行拼接后，即可形成具有多个房间的室内扫描图像。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。