一种基于激光测距和视觉融合的3D扫描装置及其方法与流程

一种基于激光测距和视觉融合的3d扫描装置及其方法
技术领域
1.本发明涉及3d扫描技术领域，具体涉及一种基于激光测距和视觉融合的3d扫描装置及其方法。


背景技术：

2.目前传统测量手段和方法已经不能满足个性化测量需求，产品外观和表面3d轮廓数据的获取以及后处理技术已经成为几何量测量领域的研究新方向，尤其是基于激光扫描的3d轮廓测量技术是几何量测量领域的研究新热点。
3.传统的3d扫描装置主要用到的是接触式的测量方法，人工将对应器件通过测量工具测量和日常经验判断来得到所需测量器件的相关参数。随着自动化技术的高速发展，开始有相应设备用于器件的自动化测量。三坐标测量机(cmm)是最为经典的接触式3d轮廓测量系统，集成精密机械、光电信息技术、测控技术等多种先进的前沿技术，是集成度较高的精密测量设备，广泛应用于工业产品检测、质量控制和先进制造技术。但该方法还是采用的接触式的测量方法，需要有触点去接触到待测物品的表面。这种方法虽然精度较高但测量的效率低，测量时间长，成本高。由于要接触到物体表面，触点在日常的使用中会出现磨损，这样会导致测量误差的加大和维护成本的提高。
4.因此，本发明提供了一种基于激光测距和视觉融合的3d扫描装置及其方法，以至少解决上述部分技术问题。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：提供一种基于激光测距和视觉融合的3d扫描装置及其方法，以至少解决上述部分技术问题。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于激光测距和视觉融合的3d扫描装置，包括主控板，设于主控板上的辅助标定平面支架，设于辅助标定平面支架上的摄像头固定支架和云台，安装于摄像头固定支架上的摄像头，以及安装于云台上的激光测距模块，主控板内设有集成芯片，摄像头、激光测距模块分别与集成芯片电性连接。
7.进一步地，云台包括设于辅助标定平面支架上的旋转轴承、以及设于旋转轴承上的垂直轴转接座，激光测距模块安装于垂直轴转接座内。
8.进一步地，旋转轴承连接有驱动旋转轴承水平转动的水平轴步进电机，旋转轴承上设有水平电位器和垂直轴步进电机，垂直轴步进电机连接有第一齿皮带轮，第一齿皮带轮连接有垂直电位器和第二齿皮带轮，第二齿皮带轮与垂直轴转接座连接，水平轴步进电机、水平电位器、垂直轴步进电机和垂直电位器分别与集成芯片电性连接。
9.本发明还提供了一种基于激光测距和视觉融合的3d扫描装置的方法，包括以下步骤：步骤1、对云台和激光测距模块进行初始化校准；
步骤2、摄像头采集待测物体的图像，由采集的图像分析出待测物体的待测量点；步骤3、计算待测量点的追踪顺序；步骤4、根据追踪顺序，激光测距模块对每个待测量点逐个跟踪测量，得到待测量点的世界坐标，并采用pid算法控制云台进行负反馈跟踪；步骤5、将待测量点的世界坐标转换为像素坐标，计算待测物体所有待测量点的距离信息，结合采集的图像与距离信息匹配融合，生成距离与视觉融合的3d图像。
10.进一步地，步骤1包括：步骤11、启动所述3d扫描装置，集成芯片分别读取水平电位器和垂直电位器的电压值，获取云台的当前位置；步骤12、由水平轴步进电机和垂直轴步进电机驱动云台和激光测距模块以辅助标定平面支架为标定面移动；将水平驱动下水平轴步进电机的运动数据和激光测距模块的测量数据拟合求导得到极小值的水平点，将极小值的水平点作为水平轴初始点，将竖直驱动下垂直轴步进电机竖直驱动下的运动数据和激光测距模块的测量数据拟合求导得到极小值的垂直点，将极小值的垂直点作为垂直轴初始点，整合水平轴初始点和垂直轴初始点为校准初始点；步骤13、由水平轴步进电机和垂直轴步进电机驱动云台回复到校准初始点，由水平电位器和垂直电位器记录回复至校准初始点前后电机的偏差角度。
11.进一步地，步骤1还包括：步骤14、测量激光测距模块与辅助标定平面支架之间的实际距离，采用激光测距模块与辅助标定平面支架之间的出厂安装距离对实际距离进行矫正，修复激光测距模块的偏移。
12.进一步地，步骤2包括：步骤21、摄像头采集待测物体的图像，对采集的图像进行图像增强和轮廓提取，得到待测物体的图像并转换为灰度图像；采用harris角点检测算法处理灰度图像，得到待测物体当前视角所有角点并提取出各角点的像素坐标；采用lsd算法对灰度图像中所有直线进行检测；步骤22、对得到的所有角点进行线连接，采用极坐标的霍夫变换，对灰度图像中所有直线和角点线连接后的直线进行变换，分别得到第一坐标点和第二坐标点；将第一坐标点和第二坐标点通过最近邻算法匹配得到各自线段，基于匹配出的各自线段得到当前视角下待测物体边缘轮廓的像素信息；步骤23、由待测物体边缘轮廓的像素信息分析出所有平面信息，对每个平面随机生成多个待测量点，并记录待测量点在平面下的像素坐标，将所有的待测量点反馈至集成芯片作为激光测距模块跟踪的目标点。
13.进一步地，步骤3包括：集成芯片接收到待测量点的像素坐标，采用蚁群算法得到待测量点的追踪顺序。
14.进一步地，步骤4包括：步骤41、激光测距模块发出激光照射在待测物体上形成激光点，激光点被摄像头捕获得到当前激光点在像素坐标下的位置，并将当前激光点在像素坐标下的位置信息实时返回至集成芯片；步骤42、集成芯片根据返回的位置信息和电机的偏差角度，得到当前待测量点的世界坐标；步骤43、集成芯片根据返回的像素坐标和对应待测量点的像素坐标进行求差，再根据pid算法控制云台工作，进行激光测距模块的负反馈跟踪测量。
15.进一步地，步骤5包括：将待测量点的世界坐标转换为像素坐标，结合待测物体边缘轮廓的像素信息和所有平面信息，计算所有待测量点的距离信息，将得到的距离信息生成一个rgb映射图，将rgb映射图与采集的图像叠加，得到距离与视觉融合的3d图像。
16.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明解决了传统接触式测量的效率低、速度慢和适应环境较少的缺点，通过视觉与单点激光测距融合的方式，减少了大量点云所带来的巨大计算量和后期预处理，节省了测量时间和运算设备的成本、并提升扫描效率。
附图说明
17.图1为本发明的结构示意图。
18.图2为本发明的方法流程图。
19.其中，附图标记对应的名称为：1-主控板，2-辅助标定平面支架，3-摄像头固定支架，4-摄像头，5-激光测距模块，6-旋转轴承，7-垂直轴转接座，8-水平轴步进电机，9-水平电位器，10-垂直轴步进电机，11-第一齿皮带轮，12-垂直电位器，13-第二齿皮带轮。
具体实施方式
20.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此其不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；当然的，还可以是机械连接，也可以是电连接；另外的，还可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.如图1所示，本发明提供的一种基于激光测距和视觉融合的3d扫描装置，包括主控板1，设于主控板1上的辅助标定平面支架2，设于辅助标定平面支架2上的摄像头固定支架3和云台，安装于摄像头固定支架3上的摄像头4，以及安装于云台上的激光测距模块5，主控板1内设有集成芯片，摄像头4、激光测距模块5分别与集成芯片电性连接。本发明解决了传统接触式测量的效率低、速度慢和适应环境较少的缺点，通过视觉与单点激光测距融合的方式，减少了大量点云所带来的巨大计算量和后期预处理，节省了测量时间和运算设备的成本、并提升扫描效率。
24.在部分实施例中，云台包括设于辅助标定平面支架2上的旋转轴承6、以及设于旋转轴承6上的垂直轴转接座7，激光测距模块5安装于垂直轴转接座7内。作为优选，垂直轴转接座7包括设于旋转轴承6上的连接座和活动且垂直连接于连接座的垂直座，垂直轴转接座7具有垂直移动功能，旋转轴承6具有水平旋转功能，如此实现云台和云台上激光测距模块5水平或垂直移动，使得射出的激光线实现水平或垂直移动。
25.在部分实施例中，旋转轴承6连接有驱动旋转轴承6水平转动的水平轴步进电机8，旋转轴承6上设有水平电位器9和垂直轴步进电机10，垂直轴步进电机10连接有第一齿皮带轮11，第一齿皮带轮11连接有垂直电位器12和第二齿皮带轮13，第二齿皮带轮13与垂直轴转接座7连接，水平轴步进电机8、水平电位器9、垂直轴步进电机10和垂直电位器12分别与集成芯片电性连接。水平轴步进电机8驱动旋转轴承6和激光测距模块5水平转动，垂直轴步进电机10通过第一齿皮带轮11和第二齿皮带轮13驱动。其中，水平轴步进电机8带有14：1的减速机，可以加大其扭矩，其可以直接驱动整个旋转轴承6水平转动。但垂直轴步进电机10为正常的42步进电机，由于水平安放，无法安装减速机，因此，一方面通过第一齿皮带轮11和第二齿皮带轮13实现减速比提高电机传动扭矩，另一方面考虑到重力的合理分配，垂直轴步进电机10与激光测距模块5不处于同一水平，通过第一齿皮带轮11和第二齿皮带轮13实现动力传动。作为优选，第一齿皮带轮11采用15齿皮带轮，第二齿皮带轮13采用30齿皮带轮。
26.如图2所示，本发明还提供的一种基于激光测距和视觉融合的3d扫描装置的方法，包括以下步骤：步骤1、对云台和激光测距模块进行初始化校准；步骤2、摄像头采集待测物体的图像，由采集的图像分析出待测物体的待测量点；步骤3、计算待测量点的追踪顺序；步骤4、根据追踪顺序，激光测距模块对每个待测量点逐个跟踪测量，得到待测量点的世界坐标，并采用pid算法控制云台进行负反馈跟踪；步骤5、将待测量点的世界坐标转换为像素坐标，计算待测物体所有待测量点的距离信息，结合采集的图像与距离信息匹配融合，生成距离与视觉融合的3d图像。
27.由于步进电机在掉电后无法找回先前位置，因此每次开启设备后要对电机位置进行初始化，虽然有电位器回馈位置，但其精度不符合所需要求，用辅助标定平面支架配合步进电机和激光测距模块，通过拟合数据可计算出原点位置，并回复至原点位置进行后续操作。
28.在部分实施例中，步骤1为云台和激光测距模块的初始化校准，包括：步骤11、启动所述3d扫描装置，集成芯片分别读取水平电位器和垂直电位器的电压值，获取云台的当前位置；步骤12、由水平轴步进电机和垂直轴步进电机驱动云台和激光测距模块以辅助标定平面支架为标定面移动；将水平驱动下水平轴步进电机的运动数据和激光测距模块的测量数据拟合求导得到极小值的水平点，将极小值的水平点作为水平轴初始点；将竖直驱动下垂直轴步进电机竖直驱动下的运动数据和激光测距模块的测量数据拟合求导得到极小值的垂直点，将极小值的垂直点作为垂直轴初始点，整合水平轴初始点和垂直轴初始点为校准初始点；步骤13、由水平轴步进电机和垂直轴步进电机驱动云台回复到校准初始点，由水平电位器和垂直电位器记录回复至校准初始点前后电机的偏差角度。校准初始点有限定，采用水平电位器9进行检测，通过判断旋转是否在合理范围。
29.在所述步骤12中，通过水平轴步进电机只进行水平转动时，在此期间激光测距模块一直处于连续测量状态，记录下连续转动时得到的激光测距模块的测量数据（距离数据）和水平轴步进电机的运动数据（转动的旋转角度值）；将得到的一系列距离数据和旋转角度值组成直角坐标系，每一组数据就转换为对应的坐标值，从而得到坐标集合；采用多项式拟
合，首先定义多项式形式：y=f(x)，根据经验，这里采用2次多项式来逼近数据，y = ax
2 + bx + c，其中 a、b、c 是需要找到的系数；随后，构建系数矩阵，对于给定的数据点 (xi，yi)，构建系数矩阵 a 和值向量 b，a 是一个 n
×
3 的矩阵，其中 n 是数据点的数量，第一列是x
i2 的值，第二列是 xi的值，第三列都是 1，值向量 b 是一个 n
×
1 的列向量，包含yi的值；随后，解方程，通过最小二乘法，解方程 ax = b，得到拟合二次多项式的系数向量 x，该系数向量包含二次多项式中每一项的系数，即 得到a、b 和 c；最后得到拟合的曲线，对该曲线函数进行求导得到极值，此处的旋转角度值为水平初始值，即水平轴初始点。通过竖直轴步进电机只进行竖直转动时，同理，故不做赘述。
30.作为优选，步骤1还包括：步骤14、测量激光测距模块与辅助标定平面支架之间的实际距离，采用激光测距模块与辅助标定平面支架之间的出厂安装距离对实际距离进行矫正，修复激光测距模块的偏移。辅助标定平面支架在设计之初就固定了机械尺寸，通过前期机械设计可知道各零件安装点间间隔距离，其中包括激光测距模块到辅助标定平面支架的距离，其单位为mm。由于激光测距模块会随着测量环境，比如温度、湿度等变化会对测量距离产生细微偏差，为此通过激光测距模块与辅助标定平面支架之间的出厂安装距离对实际距离进行矫正，来弥补当前测量环境带来的偏差。
31.在部分实施例中，步骤2为视觉预处理，包括：步骤21、摄像头采集待测物体的图像，对采集的图像进行图像增强和轮廓提取，得到待测物体的图像并转换为灰度图像；采用harris角点检测算法处理灰度图像，得到待测物体当前视角所有角点并提取出各角点的像素坐标；采用lsd算法对灰度图像中所有直线进行检测，lsd算法可以将灰度图像中的直线进行提取，但其中包括一些无关的线段；为此通过步骤22进行轮廓线段筛选，对得到的所有角点进行线连接，所述角点间的连接为人为自定义连接，其中包括轮廓线段和图像中未有的线段，然后采用极坐标的霍夫变换，对灰度图像中所有直线和角点线连接后的直线进行变换，分别得到第一坐标点和第二坐标点；将第一坐标点和第二坐标点通过最近邻算法匹配得到各自线段，基于匹配出的各自线段得到当前视角下待测物体边缘轮廓的像素信息；步骤23、由待测物体边缘轮廓的像素信息分析出所有平面信息，对每个平面随机生成多个待测量点，并记录待测量点在平面下的像素坐标，将所有的待测量点反馈至集成芯片作为激光测距模块跟踪的目标点。
32.传统的霍夫变换是将直线转换成关于b和k相关的坐标参数空间，在这个坐标空间中的一点对应直角坐标系上为一条直线，传统的霍夫变换存在k和b有无穷大的情况，而在像素坐标系下这种情况较多，于是对其进行相应变换，本发明采用极坐标的思维，将b和k分别用原点到直线的距离ρ 和直线与x轴的夹角θ进行替换，得到如下的坐标空间，ρ 的取值为像素坐标系对角长度范围，θ为-90
°
~90
°
。
33.在部分实施例中，步骤3包括：集成芯片接收到待测量点的像素坐标，采用蚁群算法得到待测量点的追踪顺序。由于集成芯片收到待测量点的像素坐标后要对每个待测量点逐一进行跟踪和测量，因此测量的先后顺序对测量时间长短有决定性作用，对每个坐标的逐一追踪与旅行商问题类似，都属于np-hard问题，计算追踪最优顺序的运算量会随着点数的增多而呈现指数型增长，传统的计算机运算方法已不适用，本发明采用的是蚁群算法来完成该计算，但由于传统的蚁群算法中需用到大量的随机运算和幂运算。而本发明的嵌入式设备对这种运算不友好，因此本发明采用集成芯片的随机电路和计数器实现蚁群算法在
嵌入式环境下的优化。
34.蚁群算法属于智能优化算法的一种，但其与其他智能优化算法有一些异同，为此很难将整个过程通过数学建模来实现，因此将其拆分为很多步骤，每一步骤用近似的数学模型来实现，其中的核心是信息素的更新和路径的选取。从蚁群算法原理出发，信息素可以用计数器和计时器来实现，随着蚁群对相应路径的通过，对应路径的计数器就会进行增加，实现该路径信息素的更新，随着时间的更新，每条路径上信息素是会挥发的。本发明采用计时器实现，随着计时器的增加，所有路径上的计数器要进行相应的减少，这样就实现了信息素挥发的功能，每条路径上计数器的值就代表了对应路径上的信息素的含量；而路径的选择还是采用一般传统计算机的方法，只是轮盘赌随机的产生则采用集成芯片的随机电路来实现。
35.在部分实施例中，步骤4包括：步骤41、激光测距模块发出激光照射在待测物体上形成激光点，激光点被摄像头捕获得到当前激光点在像素坐标下的位置，并将当前激光点在像素坐标下的位置信息实时返回至集成芯片；步骤42、集成芯片根据返回的位置信息和电机的偏差角度，得到当前待测量点的世界坐标；步骤43、集成芯片根据返回的像素坐标和对应待测量点的像素坐标进行求差，再根据pid算法控制云台工作，进行激光测距模块的负反馈跟踪测量。传统的3d扫描需要将整个空间进行尽可能多的测量，而大部分点的测量是不需要的，于是本发明通过视觉处理得到所需要测量的关键点（待测量点的位置），然后通过云台控制激光去追踪到所需要测量的点，负反馈跟踪是为了使激光更快更稳定的运动到所需测量的点的位置上。
36.在部分实施例中，步骤5包括：将待测量点的世界坐标转换为像素坐标，结合待测物体边缘轮廓的像素信息和所有平面信息，计算所有待测量点的距离信息，将得到的距离信息生成一个与摄像头采集的图像尺寸大小相同的rgb映射图，距离信息编码在对应像素的rgb映射图上，将rgb映射图与采集的图像叠加，得到距离与视觉融合的3d图像。
37.本发明所用集成芯片优选fpga，本发明所用摄像头4、激光测距模块5、水平轴步进电机8、水平电位器9、垂直轴步进电机10和垂直电位器12均为现有已知电气设备，并且均可在市场上直接购买使用，其结构、电路、以及控制原理均为现有已知技术，因此，关于摄像头4、激光测距模块5、水平轴步进电机8、水平电位器9、垂直轴步进电机10和垂直电位器12的结构、电路、以及控制原理在此不赘述。
38.最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种基于激光测距和视觉融合的3d扫描装置，其特征在于，包括主控板（1），设于主控板（1）上的辅助标定平面支架（2），设于辅助标定平面支架（2）上的摄像头固定支架（3）和云台，安装于摄像头固定支架（3）上的摄像头（4），以及安装于云台上的激光测距模块（5），主控板（1）内设有集成芯片，摄像头（4）、激光测距模块（5）分别与集成芯片电性连接。2.根据权利要求1所述的一种基于激光测距和视觉融合的3d扫描装置，其特征在于，云台包括设于辅助标定平面支架（2）上的旋转轴承（6）、以及设于旋转轴承（6）上的垂直轴转接座（7），激光测距模块（5）安装于垂直轴转接座（7）内。3.根据权利要求2所述的一种基于激光测距和视觉融合的3d扫描装置，其特征在于，旋转轴承（6）连接有驱动旋转轴承（6）水平转动的水平轴步进电机（8），旋转轴承（6）上设有水平电位器（9）和垂直轴步进电机（10），垂直轴步进电机（10）连接有第一齿皮带轮（11），第一齿皮带轮（11）连接有垂直电位器（12）和第二齿皮带轮（13），第二齿皮带轮（13）与垂直轴转接座（7）连接，水平轴步进电机（8）、水平电位器（9）、垂直轴步进电机（10）和垂直电位器（12）分别与集成芯片电性连接。4.根据权利要求1~3任意一项所述的一种基于激光测距和视觉融合的3d扫描装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、对云台和激光测距模块进行初始化校准；步骤2、摄像头采集待测物体的图像，由采集的图像分析出待测物体的待测量点；步骤3、计算待测量点的追踪顺序；步骤4、根据追踪顺序，激光测距模块对每个待测量点逐个跟踪测量，得到待测量点的世界坐标，并采用pid算法控制云台进行负反馈跟踪；步骤5、将待测量点的世界坐标转换为像素坐标，计算待测物体所有待测量点的距离信息，结合采集的图像与距离信息匹配融合，生成距离与视觉融合的3d图像。5.根据权利要求4所述的一种基于激光测距和视觉融合的3d扫描装置的方法，其特征在于，步骤1包括：步骤11、启动所述3d扫描装置，集成芯片分别读取水平电位器和垂直电位器的电压值，获取云台的当前位置；步骤12、由水平轴步进电机和垂直轴步进电机驱动云台和激光测距模块以辅助标定平面支架为标定面移动；将水平驱动下水平轴步进电机的运动数据和激光测距模块的测量数据拟合求导得到极小值的水平点，将极小值的水平点作为水平轴初始点，将竖直驱动下垂直轴步进电机竖直驱动下的运动数据和激光测距模块的测量数据拟合求导得到极小值的垂直点，将极小值的垂直点作为垂直轴初始点，整合水平轴初始点和垂直轴初始点为校准初始点；步骤13、由水平轴步进电机和垂直轴步进电机驱动云台回复到校准初始点，由水平电位器和垂直电位器记录回复至校准初始点前后电机的偏差角度。6.根据权利要求5所述的一种基于激光测距和视觉融合的3d扫描装置的方法，其特征在于，步骤1还包括：步骤14、测量激光测距模块与辅助标定平面支架之间的实际距离，采用激光测距模块与辅助标定平面支架之间的出厂安装距离对实际距离进行矫正，修复激光测距模块的偏移。7.根据权利要求5所述的一种基于激光测距和视觉融合的3d扫描装置的方法，其特征在于，步骤2包括：步骤21、摄像头采集待测物体的图像，对采集的图像进行图像增强和轮廓提取，得到待测物体的图像并转换为灰度图像；采用harris角点检测算法处理灰度图像，得
到待测物体当前视角所有角点并提取出各角点的像素坐标；采用lsd算法对灰度图像中所有直线进行检测；步骤22、对得到的所有角点进行线连接，采用极坐标的霍夫变换，对灰度图像中所有直线和角点线连接后的直线进行变换，分别得到第一坐标点和第二坐标点；将第一坐标点和第二坐标点通过最近邻算法匹配得到各自线段，基于匹配出的各自线段得到当前视角下待测物体边缘轮廓的像素信息；步骤23、由待测物体边缘轮廓的像素信息分析出所有平面信息，对每个平面随机生成多个待测量点，并记录待测量点在平面下的像素坐标，将所有的待测量点反馈至集成芯片作为激光测距模块跟踪的目标点。8.根据权利要求7所述的一种基于激光测距和视觉融合的3d扫描装置的方法，其特征在于，步骤3包括：集成芯片接收到待测量点的像素坐标，采用蚁群算法得到待测量点的追踪顺序。9.根据权利要求8所述的一种基于激光测距和视觉融合的3d扫描装置的方法，其特征在于，步骤4包括：步骤41、激光测距模块发出激光照射在待测物体上形成激光点，激光点被摄像头捕获得到当前激光点在像素坐标下的位置，并将当前激光点在像素坐标下的位置信息实时返回至集成芯片；步骤42、集成芯片根据返回的位置信息和电机的偏差角度，得到当前待测量点的世界坐标；步骤43、集成芯片根据返回的像素坐标和对应待测量点的像素坐标进行求差，再根据pid算法控制云台工作，进行激光测距模块的负反馈跟踪测量。10.根据权利要求9所述的一种基于激光测距和视觉融合的3d扫描装置的方法，其特征在于，步骤5包括：将待测量点的世界坐标转换为像素坐标，结合待测物体边缘轮廓的像素信息和所有平面信息，计算所有待测量点的距离信息，将得到的距离信息生成一个rgb映射图，将rgb映射图与采集的图像叠加，得到距离与视觉融合的3d图像。

技术总结
本发明涉及3D扫描技术领域，具体涉及一种基于激光测距和视觉融合的3D扫描装置及其方法，所述3D扫描装置包括主控板、辅助标定平面支架、摄像头固定支架、云台、摄像头和激光测距模块；所述方法包括云台和激光测距模块初始化校准；采集待测物体的图像，分析待测量点；计算追踪顺序；根据追踪顺序，对每个待测量点逐个跟踪测量；将待测量点跟踪测量的世界坐标转换为像素坐标、计算出距离信息，生成距离与视觉融合的3D图像。本发明解决了传统接触式测量的效率低、速度慢和适应环境较少的缺点，通过视觉与单点激光测距融合的方式，减少了大量点云所带来的巨大计算量和后期预处理，节省了测量时间和运算设备的成本、并提升扫描效率。并提升扫描效率。并提升扫描效率。


技术研发人员：蒋伟 李杨 戴忠余
受保护的技术使用者：成都量芯集成科技有限公司
技术研发日：2023.08.24
技术公布日：2023/9/20