[发明专利]一种基于多激光测距和测角的标定设备及方法

说明书

本发明实施例提供了一种3D建模中的标定设备及方法，(1)利用标定装置向目标物投射多个光束，并在目标物表面形成多个光斑，即为标定点；(2)利用标定装置中的测距模块和测角模块分别对标定点进行距离测量和角度测量；(3)以标定装置为原点，根据上述距离测量值和角度测量值计算各个标定点坐标；(4)从而确定目标物的3D模型的坐标。通过对多个点进行激光测距测角的方法实现目标物体的绝对尺寸标定。

技术领域

本发明涉及形貌测量技术领域，特别涉及3D形貌测量技术领域。

背景技术

目前在利用视觉方式进行3D采集和测量时，通常使得相机相对目标物转动，或在目标物周边设置多个相机同时进行采集。例如南加州大学的DigitaL EmiLy项目，采用球型支架，在支架上不同位置不同角度固定了上百个相机，从而实现人体的3D采集和建模。然而无论哪种方式，都需要相机与目标物距离较短，至少应当在可布置的范围内，这样才能形成相机在不同位置采集目标物图像。

然而在一些应用中，无法环绕目标物进行图像的采集。例如监控探头在采集被监控区域时，由于区域较大、距离较远，且采集对象不固定，因此难以围绕目标对象设置相机，或使得相机围绕目标对象转动。在这种情形下如何进行目标对象的3D采集与建模是亟待解决的问题。

更进一步的问题，对于这些远距离的目标即使完成3D建模，如何得到其准确的尺寸，从而使得3D模型具有绝对的尺寸也是没有解决的问题。例如对远处一个建筑进行建模时，为了获得其绝对尺寸，现有技术通常是在建筑上或旁边设置标定物，根据标定物的大小从而获得建筑物3D模型的大小。然而并不是所有情况都允许我们去目标物附近放置标定物，此时即使获得3D模型，也无法获得绝对尺寸，也就无法获知物体的真实大小。例如，在河对岸的一个房屋，如果要对其进行建模必须要在房屋上放置标定物，然而如果无法过河将难以完成这个工作。除了距离远之外，也存在距离并不远，但目标物上由于某种原因无法放置标定物，例如古董花瓶的三维建模中，处于保护的目的不能在花瓶上贴标定点或标定物，此时如何获得花瓶模型的绝对尺寸成为巨大的问题。

此外，在现有技术中也曾提出使用包括旋转角度、目标物尺寸、物距的经验公式限定相机位置，从而兼顾合成速度和效果。然而在实际应用中发现：除非有精确量角装置，否则用户对角度并不敏感，难以准确确定角度；目标物尺寸难以准确确定，例如上述河边房屋的3D模型构建的场景中。并且测量的误差导致相机位置设定误差，从而会影响采集合成速度和效果；准确度和速度还需要进一步提高。

因此，目前急需解决以下技术问题：①能够采集较远距离，非特定目标的 3D信息；②同时兼顾合成速度和合成精度。③能够准确、方便获得较远物体或不宜放置标定物的物体的三维绝对尺寸。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的标定设备及方法。

本发明实施例提供了一种3D建模中的标定设备及方法，

(1)利用标定装置向目标物投射多个光束，并在目标物表面形成多个光斑，即为标定点；

(2)利用标定装置中的测距模块和测角模块分别对标定点进行距离测量和角度测量；

(3)以标定装置为原点，根据上述距离测量值和角度测量值计算各个标定点坐标；

(4)从而确定目标物的3D模型的坐标。

在可选的实施例中，利用标定装置向目标物投射多个光束，并在目标物表面形成多个光斑的步骤具体为：标定装置依次向目标物投射多个光束。

在可选的实施例中，所述距离测量包括测量各个标定点到标定装置的距离；所述角度测量包括：测量每个标定点和原点的连线与水平面的夹角，以及测量各标定点的投影线之间的夹角；其中投影线是标定点在水平面投影点与原点的连线。

在可选的实施例中，图像采集装置转动采集一组图像时的位置符合如下条件：