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：
本實(shí)用新型涉及一種掃描裝置，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)及方法。
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(chē)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(mén)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)。

實(shí)用新型內(nèi)容鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本實(shí)用新型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。本實(shí)用新型相較現(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)置激光掃描儀的任意兩條不同方向的掃描線共同所在的平面與所述電子轉(zhuǎn)臺(tái)之間的 特定角度調(diào)整所述激光掃描儀的掃描角度，因此所述移動(dòng)建模與測(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為本實(shí)用新型三維測(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。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為本實(shí)用新型三維測(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)施方式
下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。請(qǐng)參考圖1及圖2，本實(shí)用新型三維測(cè)量系統(tǒng)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(chē)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、便攜背包等。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(pán)上，并可隨所述托盤(pán)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，其特征在于包括一具有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)，其特征在于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。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種三維測(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。本實(shí)用新型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)G01B11/24GK201858962SQ20102027025
公開(kāi)日2011年6月8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)