三维扫描仪深度矫正方法、装置、设备和存储介质与流程

1.本发明实施例涉及数据处理技术，尤其涉及一种三维扫描仪深度矫正方法、装置、设备和存储介质。


背景技术：

2.在建筑施工阶段，建筑实测实量机器人基于高精度视觉传感系统，例如三维扫描仪，对建筑施工阶段的室内数据进行三维点云扫描，基于三维点云扫描数据可对建筑进行三维重建。
3.通过三维扫描仪采集的建筑数据与建筑的实际尺寸存在差异，其中很大程度是由于三维扫描仪的深度数据与建筑的真值存在差异。该差异与三维扫描仪的扫描距离有关。目前，可以通过高精度的三维测绘仪(例如，激光跟踪仪或全站仪)来获取建筑内的特征点的准确的深度值，从而标定三维扫描相机的深度数据。
4.上述利用高精度的三维测绘仪来获取建筑内的特征点的准确的深度值，从而标定三维扫描仪的深度数据的方法，需要标定高精三维测绘仪与三维扫描仪间的相对位姿，即相机外参，才能将准确的深度值转换至三维扫描仪的坐标系下。然而这样的外参标定试验会引入误差，在高精度深度数据的要求下，该方法无法得到三维扫描仪高精度的深度数据。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种三维扫描仪深度矫正方法、装置、设备和存储介质，以实现高精度获取三维扫描仪矫正深度值的效果。
6.第一方面，本发明实施例提供了一种三维扫描仪深度矫正方法，该方法包括：
7.获取在多个扫描距离下，三维扫描仪采集的特征对的第一间距和和三维测绘仪采集的特征对的第二间距；
8.确定对所述三维扫描仪的所述第一间距进行矫正的目标深度矫正参数；
9.基于同一扫描距离下的所述第一间距和所述第二间距，通过所述目标深度矫正参数对所述同一扫描距离下的所述第一间距进行矫正，从而确定所述三维扫描仪在所述同一扫描距离下的目标矫正深度值；
10.基于各扫描距离下所述三维扫描仪获取的所述特征对的扫描深度值，以及各扫描距离下所述三维扫描仪的目标矫正深度值，确定整段扫描距离的深度矫正值。
11.第二方面，本发明实施例还提供了一种三维扫描仪深度矫正装置，该装置包括：
12.特征对间距获取模块，用于获取在多个扫描距离下，三维扫描仪采集的特征对的第一间距和和三维测绘仪采集的特征对的第二间距；
13.目标深度矫正参数确定模块，用于确定对所述三维扫描仪的所述第一间距进行矫正的目标深度矫正参数；
14.目标矫正深度值确定模块，用于基于同一扫描距离下的所述第一间距和所述第二间距，通过所述目标深度矫正参数对所述同一扫描距离下的所述第一间距进行矫正，从而
确定所述三维扫描仪在所述同一扫描距离下的目标矫正深度值；
15.整段深度矫正值确定模块，用于基于各扫描距离下所述三维扫描仪获取的所述特征对的扫描深度值，以及各扫描距离下所述三维扫描仪的目标矫正深度值，确定整段扫描距离的深度矫正值。
16.第三方面，本发明实施例还提供了一种设备，该设备包括：
17.一个或多个处理器；
18.存储装置，用于存储一个或多个程序；
19.当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明实施例中任一所述的三维扫描仪矫正深度确定方法。
20.第四方面，本发明实施例还提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行本发明实施例中任一所述的三维扫描仪矫正深度确定方法。
21.本发明实施例的技术方案，通过获取在多个扫描距离下，三维扫描仪采集的特征对的第一间距和和三维测绘仪采集的特征对的第二间距；确定对所述三维扫描仪的所述第一间距进行矫正的目标深度矫正参数；基于同一扫描距离下的所述第一间距和所述第二间距，通过所述目标深度矫正参数对所述同一扫描距离下的所述第一间距进行矫正，从而确定所述三维扫描仪在所述同一扫描距离下的目标矫正深度值；基于各扫描距离下三维扫描仪获取的特征对的扫描深度值，以及各扫描距离下三维扫描仪的目标矫正深度值，确定整段扫描距离的深度矫正值，这样建立特征对间距与扫描距离的关系，来对三维扫描仪进行矫正，实现高精度获取三维扫描仪矫正深度值的效果。同时，这样没有引入任何的需要外参标定而引入外界误差。
附图说明
22.图1是本发明实施例一中的三维扫描仪矫正深度确定方法的流程图；
23.图2是本发明实施例一中的在不同扫描距离下不同特征对的间距设置的示意图；
24.图3是本发明实施例二中的三维扫描仪深度矫正装置的结构示意图；
25.图4是本发明实施例三中的一种设备的结构示意图。
具体实施方式
26.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
27.实施例一
28.图1为本发明实施例一提供的三维扫描仪矫正深度确定方法的流程图，本实施例可适用于对三维扫描仪的深度进行矫正的情况，该方法可以由三维扫描仪矫正深度确定装置来执行，该三维扫描仪矫正深度确定装置可以由软件和/或硬件来实现，该三维扫描仪矫正深度确定装置可以配置在计算设备上，具体包括如下步骤：
29.s110、获取在多个扫描距离下，三维扫描仪采集的特征对的第一间距和和三维测绘仪采集的特征对的第二间距。
30.示例性的，特征对可以是布置于室内的一对特征，例如可以是靶标，还可以是利用激光照射到墙面上所形成的特征等。这里的特征的获取方式不做限定，只要可在墙面上形成特征对的实施方式均属于本发明的保护范围。
31.第一间距可以是在不同扫描距离下，三维扫描仪采集的特征对的间距。
32.第二间距可以是在不同扫描距离下，三维测绘仪采集的特征对的间距。
33.这里的三维测绘仪可以是测量特征对的三维坐标的仪器，例如可以是激光测量仪或全站仪等。
34.参考图2所述的在不同扫描距离下不同特征对的间距设置的示意图，三维扫描仪可布置在正面对墙面的位置，尽量保证与墙面平行(墙面上点云的深度值z尽量一致)。三维扫描仪由近至远拍摄墙面上的一对特征点(墙面上的特征对p1、p2)，以提取特征对的间距作为标定值。相机越靠近墙面，成像的范围越小(如图2中的a图所示)，而相机越远离墙面，成像范围越大(如图2中的b图所示)。要保证特征间距标定值尽量覆盖相机视野，因此在相机靠近墙面进行拍摄时，可布置一对特征，而随着扫描距离的增大，要增加数对等间距的特征对，以便可在扫描距离较远时，仍可拍摄到清晰的具有明显间距的特征对。图2中的a图和b图中的d为特征对的间距，d为三维扫描仪的拍摄距离，图2中的a图和b图中的d是不同的。
35.基于上述三维扫描仪在不同扫描距离下采集的特征对的第一间距，三维测绘仪也在与三维扫描仪相同扫描距离下采集特征对的第二间距。即三维扫描仪和三维测绘仪位于同一位置处分别采集特征对，然后不断调整三维扫描仪和三维测绘仪的扫描记录，例如，三维扫描仪在距离特征对1米处对特征对进行拍摄，则三维测绘仪也在距离特征对1米处对特征对进行拍摄，然后调整三维扫描仪的扫描距离，三维扫描仪再在特征对2米处对特征对进行拍摄，对应的，三维测绘仪也在特征对2米处对特征对进行拍摄，以此类推，不断调整三维扫描仪和三维测绘仪的扫描距离，获取在不同扫描距离下，三维扫描仪和三维测绘仪采集的特征对的第一间距和第二间距。
36.可选的，所述获取在多个扫描距离下，三维扫描仪采集的特征对的第一间距和和三维测绘仪采集的特征对的第二间距，具体可以是：获取在多个扫描距离下，三维扫描仪采集的特征对的第一位置坐标和三维测绘仪采集的特征对的第二位置坐标；基于第一位置坐标和第二位置坐标，分别计算第一间距和第二间距。
37.示例性的，第一位置坐标可以是在不同扫描距离下，三维扫描仪采集的两个特征的位置坐标。
38.第二位置坐标可以是在不同扫描距离下，三维测绘仪采集的两个特征的位置坐标。
39.根据在不同扫描距离下，三维扫描仪采集的两个特征的位置坐标(第一位置坐标)，基于公式(1)即可确定在不同扫描距离下，三维扫描仪采集的两个特征之间的间距，即第一间距。
40.根据在不同扫描距离下，三维测绘仪采集的两个特征的位置坐标(第二位置坐标)，基于公式(1)即可确定在不同扫描距离下，三维测绘仪采集的两个特征之间的间距，即第二间距。
41.42.三维扫描仪的特征点p1,p2的中心坐标由下式(2)获得：
[0043][0044]
其中，(i,j)为从三维扫描仪采集的rgb图中提取的特征中心像素值，cx,cy,fx,fy为三维扫描仪内参。
[0045]
将式(2)代入式(1)，若像素值和三维扫描仪内参已知，则特征对间距d只与扫描距离d有关。因此可以特征对间距代替特征深度真值的直接获取，来标定出深度真值。通过铺设不同扫描距离的站点，对相同的特征进行扫描，以获得特征对间距d在不同扫描距离d下的测量值。以便后续基于第一间距和第二间距，对三维扫描仪的深度进行矫正。
[0046]
s120、确定对三维扫描仪的第一间距进行矫正的目标深度矫正参数。
[0047]
可选的，这里的目标深度矫正参数可以为两个参数，第一目标深度矫正参数和第二目标深度矫正参数，通过调节第一目标深度矫正参数和第二目标深度矫正参数的值可以改变所述三维扫描仪的所述第一间距。下面介绍矫正参数为两个参数时，目标矫正参数的确定方式。
[0048]
设在不同扫描距离下，三维测绘仪测得的特征点集为m，即第二位置坐标的集合为m，三维扫描仪提取的特征点集为pd，即第一位置坐标的集合为pd，对三维扫描仪的深度进行矫正后，测得的特征点集为p
′d。在同一组内(扫描距离相同，例如，均在距墙面1米处的位置)利用如下公式(3)对三维扫描仪的扫描深度进行矫正：
[0049][0050]
此时的a和b的值为该扫描深度下的目标深度矫正参数(第一目标深度矫正参数和第二目标深度矫正参数)，将矫正深度值(3)代入式(1)，得到校正后特征对间距，不断调整a和b的值，使矫正后的使特征对间距无限逼近三维测绘仪测得的特征对间距值。由上述公式(3)可知，这里的第一目标深度矫正参数(公式(3)中的a)可以为矫正系数，第二目标深度矫正参数(公式(3)中的b)可以为矫正常数。
[0051]
需要说明的是，这里目标矫正参数还可以是只有一个矫正参数，例如，可以是只有公式(3)中的参数a或参数b。这里的目标矫正参数的数量可根据用户所要达到的精度要求自行设定，这里不做限定。
[0052]
s130、基于同一扫描距离下的第一间距和第二间距，通过目标深度矫正参数对同一扫描距离下的第一间距进行矫正，从而确定三维扫描仪在同一扫描距离下的目标矫正深度值。
[0053]
可选的，在同一扫描距离下，当第一间距和第二间距的差值大于预设阈值时，调节所述目标深度矫正参数以矫正第一间距，计算矫正后的第一间距，并循环判断矫正后的第一间距和第二间距的差值是否大于预设阈值，直到矫正后的第一间距和第二间距的差值小于预设阈值时，根据对应的所述目标深度矫正参数计算得到目标矫正深度值。
[0054]
示例性的，预设阈值可以是预先设置的第一间距和第二间距的差值的阈值，当第一间距和第二间距的差值大于该值时，不断调整第一目标深度矫正参数和第二目标深度矫
正参数以矫正第一间距，计算矫正后的第一间距，并循环判断矫正后的第一间距和第二间距的差值是否大于该值，若矫正后的第一间距和第二间距的差值小于该值，根据对应的所述目标深度矫正参数计算出对应的目标矫正深度值。
[0055]
示例性的，将上述矫正深度值(3)代入式(1)，得到校正后特征对间距，不断调整a和b的值，使矫正后的使特征对间距无限逼近三维测绘仪测得的特征对间距值，直至矫正后的特征对间距和三维测绘仪测得的特征对间距的差值小于预设阈值时，比如，可以是矫正后的特征对间距和三维测绘仪测得的特征对间距的差值小于1厘米时，此时的a和b的值带入公式(3)，则可得到矫正后的特征对间距即该扫描深度下的三维扫描仪的实际矫正深度。
[0056]
这样通过上述公式(3)中第一目标深度矫正参数和第二目标深度矫正参数，可以矫正第一位置坐标，示例性的，将公式(3)带入公式(2)中，基于矫正后的第一位置坐标，根据公式(1)即可计算矫正后的第一间距。
[0057]
这样建立特征对间距与深度的关系，来对三维扫描仪进行矫正，得到更精确的深度矫正参数。同时，这样没有引入任何的需要外参标定而引入外界误差。
[0058]
s140、基于各扫描距离下三维扫描仪获取的特征对的扫描深度值，以及各扫描距离下三维扫描仪的目标矫正深度值，确定整段扫描距离的深度矫正值。
[0059]
示例性的，扫描深度值可以是三维扫描仪获取的特征对的原始深度值。
[0060]
当基于上述方式确定了各扫描距离下的三维扫描仪的目标矫正深度值，基于各扫描距离下的三维扫描仪的目标矫正深度值，以及各扫描距离下三维扫描仪获取的特征对的扫描深度值，拟合随扫描深度变化的三维扫描仪的扫描深度值与目标矫正深度值之间的矫正关系，便可得到整段扫描距离中任意点的深度矫正值。
[0061]
这里的拟合方法，可以是利用移动最小二乘法或三次样条插值算法。
[0062]
这样基于各扫描距离下三维扫描仪获取的特征对的第一位置坐标，以及各扫描距离下三维扫描仪的目标矫正深度，确定随扫描深度变化的三维扫描仪的扫描深度值与目标矫正深度值之间的矫正关系，通过矫正关系便可得到整段扫描距离下，三维扫描仪在任意点的深度矫正值。例如，某一三维扫描仪的扫描范围为3m至10m，通过该方法对多个扫描距离(例如3m、4m、5m、7m、9m)下的三维扫描仪的扫描深度和目标矫正深度值进行拟合，得到随扫描深度变化的深度矫正关系，进而可计算得到整段扫描距离3m至10m的之间的任意局部的目标矫正深度值，例如可以得到扫描距离在3.m、5.5m、8m等的目标矫正深度值。即可以得到待矫正的三维扫描仪的扫描深度三维扫描仪覆盖的扫描范围内，由近至远任意局部的目标矫正深度值。
[0063]
这样建立特征对间距与深度的关系，来对三维扫描仪进行矫正，实现高精度获取三维扫描仪矫正深度值的效果。同时，这样没有引入任何的需要外参标定而引入外界误差。
[0064]
本发明实施例的技术方案，通过获取在多个扫描距离下，三维扫描仪采集的特征对的第一间距和和三维测绘仪采集的特征对的第二间距；确定对所述三维扫描仪的所述第一间距进行矫正的目标深度矫正参数；基于同一扫描距离下的所述第一间距和所述第二间距，通过所述目标深度矫正参数对所述同一扫描距离下的所述第一间距进行矫正，从而确定所述三维扫描仪在所述同一扫描距离下的目标矫正深度值；基于各扫描距离下三维扫描
仪获取的特征对的扫描深度值，以及各扫描距离下三维扫描仪的目标矫正深度值，确定整段扫描距离的深度矫正值，这样建立特征对间距与扫描距离的关系，来对三维扫描仪进行矫正，实现高精度获取三维扫描仪矫正深度值的效果。同时，这样没有引入任何的需要外参标定而引入外界误差。
[0065]
实施例二
[0066]
图3为本发明实施例二提供的三维扫描仪深度矫正装置的结构示意图，如图3所示，该装置包括：特征对间距获取模块31、目标深度矫正参数确定模块32、目标矫正深度值确定模块33和整段深度矫正值确定模块34。
[0067]
其中，特征对间距获取模块31，用于获取在多个扫描距离下，三维扫描仪采集的特征对的第一间距和和三维测绘仪采集的特征对的第二间距；
[0068]
目标深度矫正参数确定模块32，用于确定对所述三维扫描仪的所述第一间距进行矫正的目标深度矫正参数；
[0069]
目标矫正深度值确定模块33，用于基于同一扫描距离下的所述第一间距和所述第二间距，通过所述目标深度矫正参数对所述同一扫描距离下的所述第一间距进行矫正，从而确定所述三维扫描仪在所述同一扫描距离下的目标矫正深度值；
[0070]
整段深度矫正值确定模块34，用于基于各扫描距离下所述三维扫描仪获取的所述特征对的扫描深度值，以及各扫描距离下所述三维扫描仪的目标矫正深度值，确定整段扫描距离的深度矫正值。
[0071]
在上述实施例的技术方案的基础上，特征对间距获取模块31包括：
[0072]
特征对位置获取单元，用于获取在多个扫描距离下，三维扫描仪采集的特征对的第一位置坐标和三维测绘仪采集的特征对的第二位置坐标；；
[0073]
特征对间距确定单元，用于基于所述第一位置坐标和所述第二位置坐标，分别计算所述第一间距和所述第二间距。
[0074]
在上述实施例的技术方案的基础上，目标深度矫正参数确定模块32包括：
[0075]
目标深度矫正参数确定单元，用于确定所述三维扫描仪在所述同一扫描距离下的第一目标深度矫正参数和第二目标深度矫正参数。
[0076]
其中，第一目标深度矫正参数为矫正系数，第二目标深度矫正参数为矫正常数。通过所述第一目标深度矫正参数和所述第二目标深度矫正参数矫正所述第一位置坐标，并基于矫正后的第一位置坐标计算矫正后的第一间距。
[0077]
在上述实施例的技术方案的基础上，目标矫正深度值确定模块33包括：
[0078]
深度矫正值确定单元，用于当所述第一间距和所述第二间距的差值大于预设阈值时，调节所述目标深度矫正参数以矫正所述第一间距，计算矫正后的第一间距，并循环判断所述矫正后的第一间距和所述第二间距的差值是否大于预设阈值，直到所述矫正后的第一间距和所述第二间距的差值小于预设阈值时，根据对应的所述目标深度矫正参数确定目标矫正深度值。
[0079]
在上述实施例的技术方案的基础上，整段深度矫正值确定模块34具体用于：
[0080]
基于各扫描距离下所述三维扫描仪获取的所述特征对的扫描深度值，以及各扫描距离下所述三维扫描仪的目标矫正深度值，利用移动最小二乘法或三次样条插值算法拟合随扫描深度变化的所述三维扫描仪的扫描深度值与目标矫正深度值之间的矫正关系，从而
确定整段扫描距离的深度矫正值。
[0081]
本发明实施例所提供的三维扫描仪深度矫正装置可执行本发明任意实施例所提供的三维扫描仪深度矫正方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
[0082]
实施例三
[0083]
图4为本发明实施例三提供的一种设备的结构示意图，如图4所示，该设备包括处理器70、存储器71、输入装置72和输出装置73；设备中处理器70的数量可以是一个或多个，图4中以一个处理器70为例；设备中的处理器70、存储器71、输入装置72和输出装置73可以通过总线或其他方式连接，图4中以通过总线连接为例。
[0084]
存储器71作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的三维扫描仪深度矫正方法对应的程序指令/模块(例如，特征对间距获取模块31、目标深度矫正参数确定模块32、目标矫正深度值确定模块33和整段深度矫正值确定模块34)。处理器70通过运行存储在存储器71中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的三维扫描仪深度矫正方法。
[0085]
存储器71可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器71可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器71可进一步包括相对于处理器70远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0086]
输入装置72可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置73可包括显示屏等显示设备。
[0087]
实施例四
[0088]
本发明实施例四还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种三维扫描仪深度矫正方法。
[0089]
当然,本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质,其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作,还可以执行本发明任意实施例所提供的三维扫描仪深度矫正方法中的相关操作。
[0090]
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(read-only memory,rom)、随机存取存储器(random access memory,ram)、闪存(flash)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
[0091]
值得注意的是，上述三维扫描仪深度矫正装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
[0092]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，
本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。