專利名稱：三維測(cè)量系統(tǒng)及其三維掃描裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種掃描裝置，尤其涉及三維掃描裝置以及應(yīng)用該裝置的三維測(cè)量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著三維空間信息服務(wù)的日益普及，人們對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的逼真性要求越來(lái)越高，移動(dòng)建模與測(cè)量技術(shù)也越來(lái)越受關(guān)注，移動(dòng)測(cè)量設(shè)備的運(yùn)動(dòng)載體多種多樣，可以是陸地車輛、 船艦、航空飛行器，甚至可以是便攜背包，因此得到廣泛應(yīng)用，移動(dòng)建模與測(cè)量技術(shù)運(yùn)用激光掃描儀直接獲取測(cè)量目標(biāo)的幾何信息，其工作距離可以達(dá)到千米級(jí)，測(cè)距也可達(dá)到毫米的精度，但是由于激光掃描儀視場(chǎng)范圍有限，往往只能掃描到特定方向的目標(biāo)物，無(wú)法達(dá)到全方位掃描，這就不能滿足某些用戶對(duì)于掃描角度的特定需求，例如，不能滿足鐵路部門對(duì)鐵道上方高壓線測(cè)量的要求、難以獲取迎面的交通標(biāo)志的點(diǎn)云或者僅能掃描到胡同的一側(cè)而不能掃描另一側(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的主要目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷， 提供一種能夠全方位掃描的三維測(cè)量裝置以及應(yīng)用該裝置的三維測(cè)量系統(tǒng)。一種三維掃描裝置，包括一具有360度掃描視場(chǎng)的激光掃描儀及一具有一旋轉(zhuǎn)中心的電子轉(zhuǎn)臺(tái)，所述激光掃描儀安裝在所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)上，所述激光掃描儀的一掃描面與所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)之間具有一特定角度，所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)可繞其旋轉(zhuǎn)中心水平旋轉(zhuǎn)，以調(diào)整所述激光掃描儀的掃描角度。一種三維測(cè)量系統(tǒng)，包括一定位定姿裝置、一通過(guò)掃描獲取一被測(cè)目標(biāo)物體的幾何數(shù)據(jù)的360度的激光掃描儀、一具有一旋轉(zhuǎn)中心且繞所述旋轉(zhuǎn)中心水平旋轉(zhuǎn)的電子轉(zhuǎn)臺(tái)、一獲取所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)的絕對(duì)位置數(shù)據(jù)的定位定姿裝置及一將所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)的絕對(duì)位置數(shù)據(jù)和所述激光掃描儀獲取的幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理的數(shù)據(jù)處理裝置，所述定位定姿裝置及所述激光掃描儀安裝在所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)上，所述激光掃描儀的一掃描面與所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)之間具有一特定角度。本發(fā)明相較現(xiàn)有技術(shù)的有益效果為所述三維測(cè)量系統(tǒng)及所述三維掃描裝置采用了 360度激光掃描儀進(jìn)行掃描，且所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)可繞其中心做360度水平旋轉(zhuǎn)，還可通過(guò)設(shè)置激光掃描儀的掃描面與所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)之間的安裝角度調(diào)整所述激光掃描儀的掃描角度， 因此所述三維掃描裝置及三維測(cè)量系統(tǒng)可向從前后、上下、左右各個(gè)方向掃描測(cè)量所述被測(cè)目標(biāo)物，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行全方位測(cè)量，可滿足用戶對(duì)于掃描角度的特定需求。


圖1為本發(fā)明三維測(cè)量系統(tǒng)的第一較佳實(shí)施方式安裝在一運(yùn)動(dòng)載體上的結(jié)構(gòu)示意圖。
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圖2為圖1中的電子轉(zhuǎn)臺(tái)、影像采集裝置及定位定姿裝置的安裝示意圖。圖3為本發(fā)明三維測(cè)量系統(tǒng)的第二較佳實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。請(qǐng)參考圖1及圖2，本發(fā)明三維測(cè)量系統(tǒng)的第一較佳實(shí)施方式安裝在一運(yùn)動(dòng)載體2 上，用于測(cè)量一目標(biāo)物體的三維數(shù)據(jù)并建立被測(cè)目標(biāo)物體的三維模型，本實(shí)施方式中，所述運(yùn)動(dòng)載體2為一車輛，在其他實(shí)施方式中，所述運(yùn)動(dòng)載體2可為航空飛行器、船艦、便攜背包寸。所述三維測(cè)量系統(tǒng)包括一電子轉(zhuǎn)臺(tái)10、一影像采集裝置20、一定位定姿裝置30及一數(shù)據(jù)處理裝置40。所述影像采集裝置20包括一激光掃描儀210及兩CCD (Charge-coupled Device,電荷耦合元件)照相機(jī)220。所述激光掃描儀210為一 360度激光掃描儀，即其具有360度的掃描視場(chǎng)，可做環(huán)狀掃描。所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)10水平安裝在所述運(yùn)動(dòng)載體2的一托盤上，并可隨所述托盤上下移動(dòng)。所述定位定姿裝置30安裝在所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)10上，所述定位定姿裝置30還作為一承載裝置，用于安裝所述影像采集裝置20，其中，所述激光掃描儀210通過(guò)一舉升裝置50安裝在所述定位定姿裝置30上，所述兩CCD照相機(jī)220架設(shè)在所述激光掃描儀210的上方。 如圖2箭頭所示，所述激光掃描儀210的多條不同方向的掃描線共同所在的一平面為所述激光掃描儀210的一掃描面，所述兩CCD照相機(jī)220的鏡頭方向與所述激光掃描儀210的掃描面平行，即每一 CCD照相機(jī)220的鏡頭方向平行于至少一條掃描線，安裝時(shí)，可根據(jù)被測(cè)目標(biāo)物體的位置、大小等，并通過(guò)所述舉升裝置50設(shè)置所述激光掃描儀210與所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)10之間的安裝角度，以將所述激光掃描儀210和兩CCD照相機(jī)220安裝在特定的工位， 如圖1、圖2所示，本實(shí)施方式中，調(diào)整所述舉升裝置50的升降將所述激光掃描儀210安裝在斜45度工位，即將所述激光掃描儀210傾斜45度安裝在所述定位定姿裝置30上，因此， 所述激光掃描儀210的掃描面與電子轉(zhuǎn)臺(tái)10之間的角度為45度(90度-45度)。所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)10具有一旋轉(zhuǎn)中心，所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)10可繞其旋轉(zhuǎn)中心做360度水平旋轉(zhuǎn)，當(dāng)所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)10水平旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述激光掃描儀210、兩CCD照相機(jī)220及定位定姿裝置30隨所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)10水平旋轉(zhuǎn)。所述激光掃描儀210通過(guò)激光掃描的方式獲取被測(cè)目標(biāo)物體的幾何信息，如長(zhǎng)度、高度等，所述兩CCD照相機(jī)220用于拍攝所述被測(cè)目標(biāo)物的圖像以獲取被測(cè)目標(biāo)物體的
紋理信息。所述定位定姿裝置30用于獲取所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)10的絕對(duì)位置信息，所述絕對(duì)位置信息包括所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)10的旋轉(zhuǎn)中心在全球統(tǒng)一坐標(biāo)系下的坐標(biāo)以及所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)10繞其旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)的角度，所述定位定姿裝置可包括一慣性測(cè)量單元anertial Measurement Unit，IMU)及一全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(Global Position System，GPS)，其中所述慣性測(cè)量單元用于測(cè)量所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)10的旋轉(zhuǎn)角度，所述全球定位系統(tǒng)用于獲取時(shí)間信息以及所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)10的旋轉(zhuǎn)中心在全球統(tǒng)一坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，所述定位定姿裝置30 可通過(guò)發(fā)送PPS (Pulse per second，每秒脈沖)和串口時(shí)間信號(hào)給所述激光掃描儀110和
4所述兩CXD照相機(jī)220，以與所述激光掃描儀110和兩CXD照相機(jī)220同步工作。如圖1所示，所述數(shù)據(jù)處理裝置40為一安裝在所述運(yùn)動(dòng)載體2內(nèi)的計(jì)算機(jī)，所述數(shù)據(jù)處理裝置40用于接收所述定位定姿裝置30獲取的所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)10的絕對(duì)位置信息以及所述影像采集裝置20獲取的幾何信息和紋理信息，并通過(guò)內(nèi)設(shè)的軟件對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，以及根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果建立被測(cè)目標(biāo)物的三維模型。所述數(shù)據(jù)處理裝置40 可通過(guò)信號(hào)線纜與所述影像采集裝置10及定位定姿裝置20相連接，也可與所述影像采集裝置20及定位定姿裝置30無(wú)線通信。所述激光掃描儀210的掃描角度以及兩所述CCD照相機(jī)220的拍攝角度可隨所述激光掃描儀210在所述定位定姿裝置30上的安裝工位的改變而改變，因此，可根據(jù)對(duì)目標(biāo)位置的位置、大小等設(shè)置所述激光掃描儀210的安裝工位，例如，在本實(shí)施方式中，所述激光掃描儀210可在斜45度方向做360度環(huán)狀掃描，當(dāng)測(cè)量胡同的三維數(shù)據(jù)時(shí)，所述激光掃描儀即可掃描胡同一側(cè)的建筑物以及迎面的交通標(biāo)志，通過(guò)旋轉(zhuǎn)所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)10也可調(diào)整所述激光掃描儀210的掃描角度和所述CCD照相機(jī)220的拍攝角度，例如，所述電子轉(zhuǎn)臺(tái) 10旋轉(zhuǎn)180度時(shí)，所述激光掃描儀210可在斜135度方向做360度掃描，因此可測(cè)量胡同的另一側(cè)。請(qǐng)參考圖3，在第二實(shí)施方式中，所述激光掃描儀210也可直接安裝在所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)10上并通過(guò)舉升裝置50調(diào)節(jié)角度，而不通過(guò)所述定位定姿裝置30安裝在所述電子轉(zhuǎn)臺(tái) 10上。由于所述三維測(cè)量系統(tǒng)1采用了 360度掃描視場(chǎng)的激光掃描儀210進(jìn)行掃描，還可根據(jù)需要設(shè)置所述激光掃描儀210和兩CCD相機(jī)220在所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)10上的安裝工位， 且所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)10可繞其中心做360度水平旋轉(zhuǎn)，因此所述移動(dòng)建模與測(cè)量系統(tǒng)1可向從前后、上下、左右各個(gè)方向?qū)崟r(shí)獲取被測(cè)目標(biāo)物的幾何和紋理信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行全方位測(cè)量，可滿足用戶對(duì)于掃描角度的特定需求。在其他實(shí)施方式中，可根據(jù)需要增加或減少所述CCD照相機(jī)220的數(shù)量，只要使所述CCD照相機(jī)220的鏡頭方向平行于所述激光掃描儀的一掃描方向，因此，所述CCD照相機(jī) 220可拍攝所述激光掃描儀210當(dāng)前所掃描的位置，無(wú)需進(jìn)行后續(xù)的影像糾正，當(dāng)不需要獲取被測(cè)目標(biāo)物的紋理數(shù)據(jù)而只需獲取其幾何數(shù)據(jù)時(shí)，也可不安裝CCD照相機(jī)，例如，測(cè)量高壓線時(shí)，可無(wú)需使用CCD照相機(jī)。由于所述移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)將所述定位定姿裝置10獲取的實(shí)時(shí)的位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)與目標(biāo)物的幾何數(shù)據(jù)和紋理數(shù)據(jù)相融合，避免了后續(xù)的掃描拼站問(wèn)題。
權(quán)利要求
1.一種三維掃描裝置，包括一具有360度掃描視場(chǎng)的激光掃描儀及一具有一旋轉(zhuǎn)中心且繞所述旋轉(zhuǎn)中心水平旋轉(zhuǎn)的電子轉(zhuǎn)臺(tái)，所述激光掃描儀安裝在所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)上，所述激光掃描儀的一掃描面與所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)之間具有一特定角度。
2.如權(quán)利要求1所述的三維掃描裝置，其特征在于所述三維掃描裝置還包括一調(diào)整所述特定角度的大小的舉升裝置，所述舉升裝置安裝在所述激光掃描儀和電子轉(zhuǎn)臺(tái)之間。
3.如權(quán)利要求1所述的三維掃描裝置，其特征在于所述特定角度為45度。
4.一種三維測(cè)量系統(tǒng)，包括一定位定姿裝置、一通過(guò)掃描獲取一被測(cè)目標(biāo)物體的幾何數(shù)據(jù)的360度的激光掃描儀、一具有一旋轉(zhuǎn)中心且繞所述旋轉(zhuǎn)中心水平旋轉(zhuǎn)的電子轉(zhuǎn)臺(tái)、 一獲取所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)的絕對(duì)位置數(shù)據(jù)的定位定姿裝置及一將所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)的絕對(duì)位置數(shù)據(jù)和所述激光掃描儀獲取的幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理的數(shù)據(jù)處理裝置，所述定位定姿裝置及所述激光掃描儀安裝在所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)上，所述激光掃描儀的一掃描面與所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)之間具有一特定角度。
5.如權(quán)利要求4所述的三維測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述特定角度為45度。
6.如權(quán)利要求4所述的三維測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述三維測(cè)量系統(tǒng)還包括一調(diào)整所述特定角度的大小的舉升裝置，所述舉升裝置安裝在所述激光掃描儀和電子轉(zhuǎn)臺(tái)之間。
7.如權(quán)利要求4所述的三維測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述激光掃描儀在所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)上以所述特定角度的余角固定在所述定位定姿裝置上。
8.如權(quán)利要求4所述的三維測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)的絕對(duì)位置信息包括所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)中心在全球統(tǒng)一坐標(biāo)系下的坐標(biāo)以及所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)繞其旋轉(zhuǎn)中心所旋轉(zhuǎn)的角度。
9.如權(quán)利要求4所述的三維測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述三維測(cè)量系統(tǒng)還包括至少一用于獲取所述被測(cè)目標(biāo)物體的紋理數(shù)據(jù)的照相機(jī)，所述至少一照相機(jī)架設(shè)在所述激光掃描儀上，且所述至少一照相機(jī)的鏡頭方向與所述激光掃描儀的掃描面平行，所述數(shù)據(jù)處理裝置還將所述照相機(jī)獲取的紋理數(shù)據(jù)與所述幾何數(shù)據(jù)和所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)的絕對(duì)位置數(shù)據(jù)一起進(jìn)行融合處理。
10.如權(quán)利要求9所述的三維測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述定位定姿裝置通過(guò)發(fā)送一每秒脈沖信號(hào)及一串口時(shí)間信號(hào)給所述激光掃描儀和所述至少一照相機(jī)以與所述激光掃描儀和所述照相機(jī)同步工作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三維測(cè)量系統(tǒng)，包括一定位定姿裝置、一通過(guò)掃描獲取一被測(cè)目標(biāo)物體的幾何數(shù)據(jù)的360度的激光掃描儀、一具有一旋轉(zhuǎn)中心且繞所述旋轉(zhuǎn)中心水平旋轉(zhuǎn)的電子轉(zhuǎn)臺(tái)、一獲取所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)的絕對(duì)位置數(shù)據(jù)的定位定姿裝置及一將所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)的絕對(duì)位置數(shù)據(jù)和所述激光掃描儀獲取的幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理的數(shù)據(jù)處理裝置，所述定位定姿裝置及所述激光掃描儀安裝在所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)上，所述激光掃描儀的一掃描面與所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)之間具有一特定角度。本發(fā)明還提供一種三維掃描裝置，所述三維掃描裝置及三維測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)被測(cè)物體的全方位掃描和測(cè)量。
文檔編號(hào)G01B11/00GK102338617SQ20101023627
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者劉先林, 宮輝力, 王留召, 鐘若飛 申請(qǐng)人:首都師范大學(xué)