[发明专利]用于对齐3D数据集的设备，方法和系统

说明书

本发明属于3D测量，绘图和成像领域。特别地，本发明涉及3D数据集的旋转对齐。实施方式包括用于3D数据集的旋转和可选地平移对齐的装置方法和程序。将3D数据集存储为点云，将其转换为向量集，并将向量集表示为一个单位球面或高斯球面，并进行比较以获得最佳对齐。找到的最佳对齐用于将两个3D数据集旋转，已达到彼此的旋转和平移对齐。

技术领域

本发明属于3D测绘和成像领域。特别指出，本发明涉及3D数据集的旋转对齐。

背景技术

3D测量数据集可用于创建计算机化的3D数据集，模型和网格，用于分析，计算，测量和监测所测量的空间。通常的情况是成像装置在单一位置的视野并不能包括待测量空间中的所有场景。这就需要在不同时间，成像装置处于不同的位置和方向拍摄多个图像，扫描或测量，或者使用具有同时多定位和定向的扫描仪采集并且随后合并多个图像。

目前，用于确定多个3D数据集的旋转和平移对齐技术要求大量人力介入。在为无障碍阻挡的感兴趣的对象成像时，人工目标点或特征必须放置在要合并的两个图像所共同的成像位置。

对于有障碍阻挡的感兴趣的对象(例如，地下的地质测绘，或者人体)，就需要准备一个特定的目标点(可以是虚拟的或自然的目标点)以实现特征识别。自然目标点通过图像处理识别，并用于创建锚点从而实现两个图像的数据合并。目标点可以是自然的(对齐之前在图像中识别)，也可以是人工的(通过测绘视野引入)。

因此，提供一种可靠的，自动的，用于重叠3D数据集的旋转对齐的技术成为了一种期望和诉求。

发明内容

说明1

第一方面的实施方式包括一种装置，该设备包括：3D数据集采集单元，其配置为：在第一个位置和方向，由成像装置采集在第一个时间点上，第一个空间内的第一个3D数据集，该数据集即为第一个三维点云，此第一个点云中的每个点表示成像装置在第一个空间内的读数；并且在第二个位置和方向，由成像装置采集在第二个时间点上，第二个空间内的第二个3D数据集，第一个空间和第二个空间重叠成为第二个3D数据集，即第二个三维点云，此第二个点云中的每个点表示成像装置在第二个空间内的读数；一个存储单元，其构造为将第一个和第二个3D数据集分别存储为公共坐标系中的相应点云；一个旋转对齐处理器，其构造为：将存储的第一个点云变换为第一个向量集，并将存储的第二个点云变换为第二个向量集，其中第一个或第二个向量集中的每个向量表示其相应点云中相应的点和相邻点之间的关系；寻找到第二个向量集，相对于第一个向量集，围绕三个旋转轴中的一个或多个轴的旋转角度，从而在定义的公共坐标系中，获取第一个向量集与第二个向量集的角度分布之间的最大匹配度。旋转对齐处理器还被进一步配置为存储或输出所计算出的围绕每个或多个旋转轴匹配程度最大的旋转角度；或者旋转第二个点云，旋转的角度为公共坐标系中，所存储的围绕相应的一个或多个旋转轴的旋转角度，并在公共坐标系中，输出旋转后的第二个点云。

其优点是，实施方式提供了一种通过确定旋转向量来改进3D成像装置和成像处理的机制，旋转向量的确定是通过旋转一个现有的3D数据集以使其与另一个重叠的3D数据集达到旋转对齐而实现。重要的是，该机制是解析的，并且避免了对人工目标点进行手动定位的现有要求，并且在需要高精度的情况下，在要成像的空间内单独测量，并且不需要识别和获取自然目标点的位置和方向。可以通过扫描仪(成像装置)扫描空间，产生代表所述扫描的单独数据集，而不需要在数据集之间保持成像设备的一致取向和/或位置，从而加速成像过程的建立，并且避免例如用于成像装置的固定支架或三脚架等要求。

3D数据集的旋转对齐使随后高度精确地测量对齐的数据集，扫描，点云，模型或网格上的距离成为可能，而无需返回到采集点进行测量。

当然，通过依次对齐各对重叠扫描，可以扩展此实施方式以处理同一空间的两个以上扫描(即多于2个3D数据集)。