[发明专利]基于转台的全自动3D扫描方法及系统

权利要求书

1.基于转台的全自动3D扫描方法，其特征在于，包括以下步骤：

构造立体靶标，所述立体靶标的每一面具有三角形阵列，所述三角形阵列的指定三角形内部预设有编码图案，通过所述编码图案对所述三角形阵列中的三角形角点进行索引以得到唯一的三角形角点ID；

深度相机和彩色相机标定，固定所述深度相机和彩色相机的位置，使用所述深度相机和彩色相机拍摄所述立体靶标指定方位，检测出带索引的三角形角点2D像素坐标，根据预先定义的物理尺寸获得每个2D像素下三角形角点对应的3D坐标；

转台标定，将所述立体标靶置于固定位置的转台上，按照第一预设次数转动所述转台，每次转动的过程通过所述深度相机进行一次数据采集，根据所述深度相机每次采集的数据得到相机坐标系下的带索引的立体靶标的三角形角点3D坐标，根据立体靶标的三角形角点3D坐标得到转台的旋转中心；

自动化3D扫描，将待扫描的物体对象置于标定后的所述转台上，根据第二预设次数转动所述转台，每次转动的过程触发所述深度相机和彩色相机各采集一次数据，根据深度相机和彩色相机标定结果得到物体对象的彩色深度图，将物体对象的彩色深度图转换为物体对象的3D点云。

2.根据权利要求1所述的基于转台的全自动3D扫描方法，其特征在于，通过三角形角点对应的3D坐标计算所述深度相机和彩色相机相对于所述立体靶标的姿态；

根据深度相机和彩色相机的姿态关系，通过投影的方式为深度图生成相应的彩色图。

3.根据权利要求2所述的基于转台的全自动3D扫描方法，其特征在于，使用PnP算法计算所述深度相机和彩色相机相对于所述立体靶标的姿态；

使用非线性优化算法最小化重投影误差，得到最终的深度相机和彩色相机姿态。

4.根据权利要求3所述的基于转台的全自动3D扫描方法，其特征在于，所述转台旋转多次过程中，同一个三角形角点所对应的多个3D点位于同一个3D圆环上，所述3D圆环的圆心位于转台的旋转轴上；

通过每一个三角形角点计算得到一个转台旋转中心，将所有的转台旋转中心拟合为一条直线，将拟合后的直线作为转台的旋转轴。

5.根据权利要求4所述的基于转台的全自动3D扫描方法，其特征在于，通过转台的旋转轴和旋转角度，计算出每次转台旋转的3D变换，对每次采集的点云应用所述3D变换，得到物体对象粗对齐的3D点云。

6.根据权利要求5所述的基于转台的全自动3D扫描方法，其特征在于，在所述物体对象的粗对齐的3D点云基础上，使用带颜色信息的ICP点云配准算法进行3D点云配准。

7.基于转台的全自动3D扫描装置，其特征在于，包括：

立体靶标，所述立体靶标的每一面具有三角形阵列，所述三角形阵列的指定三角形内部预设有编码图案，通过所述编码图案对所述三角形阵列中的三角形角点进行索引以得到唯一的三角形角点ID；

深度相机和彩色相机，通过固定所述深度相机和彩色相机的位置，使用所述深度相机和彩色相机拍摄所述立体靶标指定方位；检测出带索引的三角形角点2D像素坐标，根据预先定义的物理尺寸获得每个2D像素下三角形角点对应的3D坐标；

转台，所述立体标靶置于固定位置的所述转台上，按照第一预设次数转动所述转台，每次转动的过程通过所述深度相机进行一次数据采集，根据所述深度相机每次采集的数据得到相机坐标系下的带索引的立体靶标的三角形角点3D坐标，根据立体靶标的三角形角点3D坐标得到转台的旋转中心；待扫描的物体对象置于标定后的所述转台上；

自动化3D扫描模块，用于根据第二预设次数转动所述转台，每次转动的过程触发所述深度相机和彩色相机各采集一次数据，根据深度相机和彩色相机标定结果得到物体对象的彩色深度图，将物体对象的彩色深度图转换为物体对象的3D点云。