三维扫描自动参考系统和设备

摘要

本发明提出了一种物体几何表面三维扫描和数字化的系统、设备和方法。此系统包括一种自动参考的手持设备。因为不要任何定位设备提供6自由度的转换，所以此系统是自动参考的。当设备被用于扫描物体表面时，这种转换在把3D测量集成进全球坐标系统时是必需的。当扫描物体的几何表面时，此系统连续的计算其自身的位置并且根据观测结果来定向。为了具有此功能，系统应用了三角剖分理论并且集成进一种可以捕获来自于投影激光图案在物体表面上反射的表面点和来自于目标位置特征观测值的2D位置特征信息的设备。应用上述系统，可以同时进行位置特征的3D图像建立及匹配和对描述表面几何特征的3D表面点的累积。

主权项

一种在物体坐标系内获得物体三维表面点的系统，包括：在所述物体上的目标位置特征集，每个所述目标位置特征被置于所述物体上的固定位置，使用所述目标位置特征定义所述物体坐标系；具有可在所述物体表面上提供投影图案的图案投影器的传感设备，至少一对照相机，每个照相机均可获得所述物体的2D图像，所述投影图案和在所述图像上明显的所述目标位置特征集的一部分的2D图像，每个所述2D图像是从在传感设备坐标系内的参考视点上获得的；图像处理器，所述图像处理器用于从所述2D图像中提取至少一个从所述投影图案在所述表面上的反射而得的2D表面点集和至少两个从在所述表¢上的所述目标位置特征的反射而得的2D位置特征集；使用所述2D表面点集计算在所述传感设备坐标系内的3D表面点集的3D表面点计算器；使用所述2D位置特征集计算在所述传感设备坐标系内的已计算3D位置特征集的位置特征计算器；用于计算描述所述传感设备坐标系和所述物体坐标系之间的当前空间关系的转换参数的位置特征匹配器，通过把在所述传感设备坐标系内的所述已计算3D位置特征集与在所述物体坐标系内的参考3D位置特征集的对应特征相匹配，所述参考3D位置特征从先前的观测值中被累积；使用所述转换参数把所述已计算3D位置特征集转换为在所述物体坐标系内的已转换3D位置特征集的3D位置特征转换器；使用所述转换参数把所述3D表面点集转换到在所述物体坐标系内的已转换3D表面点集的3D表面点转换器；用于累积所述已转换3D位置特征集以提供和增加所述参考3D位置特征集的3D参考位置特征模型构造器。