具备快速标定功能的手持式激光三维扫描系统的制作方法

文档序号:9993722
具备快速标定功能的手持式激光三维扫描系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种手持式激光三维扫描系统。
【背景技术】
[0002]手持激光三维扫描技术以其抗干扰能力强、检测精度高、使用简便等优点逐步被用在各种工业、考古、医疗、教学等领域。相比白光投影原理的三维扫描仪,激光三维扫描仪可以从每一组同步帧图像中提取物体表面特征计算得到被扫描物体的一部分表面点云,以及由于激光投影的光强更大因而允许捕捉其图像的摄像头可以以不产生运动模糊的快门时间进行曝光,因此更能适合用手持的方式在不断连续移动的状态下进行扫描。另外,由于激光的波段的单一性,通过在摄像头前加装带通滤光镜可以很大程度上去除环境光线对其扫描过程的影响,使其适用于室外自然光环境下的物体表面轮廓的三维扫描。
[0003]手持激光三维扫描仪目前的最高精度可以达到10 2mm级,由于其扫描精度是建立在内部两个及以上摄像头和一个及以上激光投影器的相互位置在出厂前已经标定已知,并在使用过程中一直保持不变的基础上。但由于运输、存取、扫描等过程操作中不可避免的振动或冲击会导致扫描仪内部的摄像头及激光投影器之间的位置关系有微小的变化,这种微小的位置和角度的变化会在摄像头获得的图像中得到的体现,导致扫描结果数据出现误差。由于目前的手持激光三维扫描仪器不随机器配备标定附件,因此为消除这种误差,就必须将仪器返厂标定,大大影响了手持激光三维扫描仪影响的正常使用,也使得平时扫描时的精度无法得到保证。

【发明内容】

[0004]为了克服已有手持式激光三维扫描系统的标定操作麻烦、标定成本高的不足,本实用新型提供了一种简化标定操作、降低标定成本的具备快速标定功能的手持式激光三维扫描系统。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]一种具备快速标定功能的手持式激光三维扫描系统,包括手持式激光三维扫描仪,所述手持式激光三维扫描仪包括两个及以上摄像头和一个及以上激光投影器,所述手持式激光三维扫描系统还包括用于对所述扫描仪进行快速标定的标定板,所述标定板为一块表面贴有若干相对坐标位置已知的标记点的板;所述手持式三维扫描仪还包括用于通过两个及以上摄像头同步获取的多幅扫描仪处于标定板上方不同角度和位置的标定板图像,再对两个及以上摄像头和一个及以上激光投影器相互的空间位置进行标定的快速标定控制模块,所述快速标定控制模块分别与所述摄像头、激光投影器连接。
[0007]进一步,所述手持式激光三维扫描系统还包括人机交互模块,所述快速标定控制模块与所述人机交互模块连接。
[0008]再进一步,所述标定板为一块表面非镜面、热变形系数较低的便携硬质平板。
[0009]更进一步,所述标定板中,若干标记点以规则或者不规则的拓扑次序排布在该硬质板的表面,且各个标记点的相对坐标位置已知。
[0010]本实用新型的技术构思为:手持激光扫描仪的出厂标定的过程主要由以下三个主要步骤组成:1)对将要被组装进仪器的摄像头的内参进行单独标定,获得每台摄像头的畸变系数、焦距及光心偏移等参数;2)对仪器内安装固定好的至少两摄像头的外参进行标定,获得其相互间的位置坐标;3)对仪器内安装固定好的至少一个激光投影器的位置进行标定,获得其与仪器内部的摄像头的位置坐标。由于摄像头上的内参是其镜头的内部固有参数,在出厂后基本不会改变,而较容易变化的是摄像头和激光投影器相互之间的位置关系,这是由于摄像头和激光投影器均是通过螺丝等机械方式固定在共同的骨架上,这种固定方式很容易受外部振动或冲击的影响而导致细微的变形和位移,从而影响最终的扫描精度。考虑到以上因素,仪器出厂后的快速标定就显得十分有意义。仪器出厂后的标定是在使用现场由用户完成,因此须避免复杂的标定流程和标定辅助器件,并应尽量在很短的时间内完成标定过程。本发明所提出的手持激光三维扫描仪的快速标定功能只须针对摄像头和激光投影器的位置进行标定,即步骤2)、3),并有人机界面进行标定位置的提示,标定辅件则仅需要一块成本低廉的标定板,从而显著简化了扫描仪的标定过程,保证了仪器在长期的使用过程中精度的稳定性。
[0011]本实用新型的有益效果主要表现在:简化标定操作、降低标定成本。
【附图说明】
[0012]图1是具备快速标定功能的手持式激光三维扫描系统的示意图。
[0013]图2是标定板的示意图。
[0014]图3是标定摄像头位置的操作示意图,其中(a)的位置为前方偏下,(b)的位置为正前方,(C)的位置为前方偏上,(d)的位置为前方偏左,(e)的位置为前方偏右。
[0015]图4是标定激光投影器位置的操作示意图。
[0016]图5是多个位置激光投影器标定结果的拟合示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
[0018]参照图1?图5,一种具备快速标定功能的手持式激光三维扫描系统,包括手持式激光三维扫描仪I,所述手持式激光三维扫描仪I包括两个及以上摄像头2和一个及以上激光投影器3,所述手持式激光三维扫描系统还包括用于对所述扫描仪进行快速标定的标定板4,所述标定板4为一块表面贴有若干相对坐标位置已知的标记点的板;所述手持式三维扫描仪I还包括用于通过两个及以上摄像头同步获取的多幅扫描仪处于标定板上方不同角度和位置的标定板图像,再对两个及以上摄像头和一个及以上激光投影器相互的空间位置进行标定的快速标定控制模块5,所述快速标定控制模块5分别与所述摄像头
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