多個(gè)激光掃描的配準(zhǔn)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文所討論的實(shí)施方式涉及多個(gè)激光掃描的配準(zhǔn)(registrat1n)。
【背景技術(shù)】
[0002]激光掃描被用于探測許多不同的場景，例如建筑工地、歷史建筑物、工業(yè)設(shè)施或任何其他適用的場景。激光掃描可以被用于獲得場景的準(zhǔn)確三維(3D)模型。在多個(gè)位置處對場景進(jìn)行許多次多個(gè)掃描并且組合多個(gè)掃描以獲得場景的完整3D模型。掃描的組合通常包括確定在掃描之一中場景的位置相對于在另一掃描中場景的相同位置的定位的相對定位，這可以被稱為“掃描配準(zhǔn)”。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施方式，一種確定掃描界(Scanworld)之間的配準(zhǔn)的方法可以包括基于第一掃描界的第一點(diǎn)數(shù)據(jù)來確定場景的第一視點(diǎn)(viewpoint)。第一掃描界可以包括由第一激光掃描儀在第一位置處所取得的關(guān)于場景的信息，并且第一點(diǎn)數(shù)據(jù)可以表示場景的三維(3D)幾何。該方法還可以包括基于第二掃描界的第二點(diǎn)數(shù)據(jù)來確定場景的第二視點(diǎn)。第二掃描界可以包括由第二激光掃描儀在第二位置處所取得的關(guān)于場景的信息，并且第二點(diǎn)數(shù)據(jù)可以表示場景的3D幾何。該方法還可以包括基于第一視點(diǎn)來生成第一經(jīng)矯正圖像并且基于第二視點(diǎn)來生成第二經(jīng)矯正圖像。另外，該方法可以包括基于第一視點(diǎn)和第二視點(diǎn)來確定第一掃描界與第二掃描界之間的配準(zhǔn)。
[0004]實(shí)施方式的目的和優(yōu)點(diǎn)將至少由在權(quán)利要求中特別指出的元素、特征和組合來實(shí)現(xiàn)和取得。
[0005]應(yīng)理解的是，前面的總體描述和下午的詳細(xì)描述二者均為示例性和說明性的，而并非是對如所要求保護(hù)的本發(fā)明的限制。
【附圖說明】
[0006]將通過使用附圖來額外地具體并且詳細(xì)地描述和說明示例性實(shí)施方式。
[0007]圖1示出了可以由一個(gè)或更多個(gè)掃描激光器掃描的示例性場景；
[0008]圖2示出了用于生成掃描界的圖像特征和關(guān)聯(lián)點(diǎn)的集合的示例性方法的流程圖；
[0009]圖3示出了用于確定掃描界之間的配準(zhǔn)的示例性方法的流程圖；以及
[0010]圖4是示出被布置成確定掃描界之間的配準(zhǔn)的示例性計(jì)算設(shè)備的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]激光掃描儀通過利用激光掃描場景并且采集數(shù)千、數(shù)百萬或者數(shù)十億個(gè)與該場景相關(guān)聯(lián)的三維位置信息的點(diǎn)來收集關(guān)于場景的數(shù)據(jù)。點(diǎn)和相關(guān)聯(lián)信息可以被保存作為點(diǎn)數(shù)據(jù)，該點(diǎn)數(shù)據(jù)可以被收集作為“點(diǎn)云”。在一些實(shí)施方式中，這些點(diǎn)可以被密集地收集以使得關(guān)聯(lián)的點(diǎn)數(shù)據(jù)可以被用于高效地重建由激光掃描儀掃描的場景的情景。
[0012]許多激光掃描儀還包括被配置成獲取場景的畫面的一個(gè)或更多個(gè)攝像機(jī)，使得可以由激光掃描儀生成場景的一個(gè)或更多個(gè)圖像。圖像和關(guān)聯(lián)的圖像數(shù)據(jù)可以被組合在一起并且被映射到點(diǎn)數(shù)據(jù)中的點(diǎn)，以生成比只使用圖像或點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)的情景重建的更完整的情景重建。由激光掃描儀在特定位置取得的點(diǎn)和關(guān)聯(lián)的點(diǎn)數(shù)據(jù)和/或圖像和關(guān)聯(lián)的圖像數(shù)據(jù)可以被稱作“掃描界”。另外，掃描界中的點(diǎn)數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)可以稱作掃描界數(shù)據(jù)集合。在本公開內(nèi)容中，術(shù)語“掃描界”和“掃描界數(shù)據(jù)集合”有時(shí)可以被互換地使用。此外，術(shù)語“圖像”和“圖像數(shù)據(jù)”有時(shí)可以被互換地使用，以及術(shù)語“點(diǎn)”和“點(diǎn)數(shù)據(jù)”有時(shí)也可以被互換地使用。在一些實(shí)施方式中，激光掃描儀可以被配置成基于包含在由激光掃描儀的激光所測量的點(diǎn)云中的信息而不是由一個(gè)或更多個(gè)攝像機(jī)拍攝的圖像來生成圖像。例如，可以基于由激光所記錄的且包含在點(diǎn)數(shù)據(jù)中的點(diǎn)的點(diǎn)強(qiáng)度或點(diǎn)顏色來生成圖像。
[0013]在多個(gè)位置對場景進(jìn)行許多次多掃描以生成多個(gè)掃描界。如在下面進(jìn)一步詳細(xì)公開的，包含在多個(gè)掃描界中的圖像和點(diǎn)數(shù)據(jù)可以被用于確定在掃描界之一中與場景的位置相關(guān)聯(lián)的點(diǎn)相對于在另一掃描界中與相同位置相關(guān)聯(lián)的對應(yīng)點(diǎn)的定位的相對定位。使得來自一個(gè)掃描界的點(diǎn)和圖像能夠被映射到另一掃描界的點(diǎn)和圖像的變換可以被稱為“掃描配準(zhǔn)”。用于與特定場景相關(guān)聯(lián)的掃描界的掃描配準(zhǔn)可以被用于通過組合來自不同掃描界的點(diǎn)和圖像數(shù)據(jù)來生成特定場景的三維(3D)模型。
[0014]在一些實(shí)施方式中，掃描配準(zhǔn)可以被執(zhí)行以確定掃描界之間的一個(gè)或更多個(gè)變換元組{S，R，T}。變換元組{S，R，T}可以表示一個(gè)掃描界中的點(diǎn)相對于另一掃描界中的對應(yīng)點(diǎn)的比例(“S”)、旋轉(zhuǎn)(“R”)和平移(“T”)。
[0015]例如，第一掃描界和第二掃描界可以與特定場景相關(guān)聯(lián)。另外，第一掃描界可以具有與特定場景的位置相關(guān)聯(lián)的、在第一掃描界中具有坐標(biāo)“A”( “pA”)的點(diǎn)。第二掃描界可以具有與相同位置相關(guān)聯(lián)的、在第二掃描界中具有坐標(biāo)“B”(“pB”)的對應(yīng)點(diǎn)。另外，第一掃描界中的坐標(biāo)的關(guān)系相對于第二掃描界中的坐標(biāo)的關(guān)系可以由變換元組{S，R，"!^來表示，使得“PB”相對于第一掃描界的坐標(biāo)系的位置可以通過以下表達(dá)式來表示:
[0016]pB= S*R*p a+T
[0017]現(xiàn)在將參照附圖來說明本公開內(nèi)容的實(shí)施方式。
[0018]圖1示出了根據(jù)本文所描述的至少一個(gè)實(shí)施方式的、可以由一個(gè)或更多個(gè)掃描激光器掃描的不例性場景100。在所不實(shí)施方式中，第一掃描激光器102a可以被配置成在第一位置104a處掃描場景100以生成場景100的第一掃描界，該第一掃描界包括場景100的第一點(diǎn)云和第一圖像。另外，第二掃描激光器102b可以被配置成在第二位置104b處掃描場景100以生成場景100的第二掃描界，該第二掃描界包括場景100的第二點(diǎn)云和第二圖像。
[0019]在所示示例中，場景100可以包括建筑物106，使得第一掃描界和第二掃描界的第一點(diǎn)云和第二點(diǎn)云中的點(diǎn)數(shù)據(jù)可以包括與建筑物106的3D幾何和總體外觀相關(guān)聯(lián)的信息。另外，包含在第一掃描界和第二掃描界中的圖像可以包括關(guān)于建筑物106的整體外觀和顏色的信息。
[0020]在一些實(shí)施方式中，第一掃描激光器102a可以被配置成還通過將第一掃描激光器移動(dòng)至第二位置104b并且在第二位置104b處執(zhí)行掃描來替代第二掃描激光器102b生成第二掃描界。類似地，第二掃描激光器102b可以被配置成還通過將第二掃描激光器移動(dòng)至第一位置104a并且在第一位置104a處執(zhí)行掃描來替代第一掃描激光器102a生成第一掃描界。
[0021]可以確定第一掃描界和第二掃描界的配準(zhǔn)(例如，變換元組)使得可以生成場景100的3D模型。在一些實(shí)施方式中，可以根據(jù)下面針對圖2和圖3描述的方法200和300來確定配準(zhǔn)。
[0022]圖2示出了根據(jù)本文所描述的至少一個(gè)實(shí)施方式的、用于生成掃描界的圖像特征和關(guān)聯(lián)點(diǎn)的集合的示例性方法200的流程圖。圖像特征和關(guān)聯(lián)點(diǎn)的集合可以被稱為“點(diǎn)特征”，并且可以被用于確定與掃描界和另一掃描界相關(guān)聯(lián)的配準(zhǔn)，如下面針對圖3的方法300進(jìn)一步詳細(xì)描述的。為了幫助說明方法200，參考上述包括第一掃描界和第二掃描界的圖1的元素。然而，所描述的原理適用于從任何適用場景中導(dǎo)出的任何適用的掃描界。
[0023]方法200可以開始，并且在塊202處，可以確定來自掃描界的一個(gè)或更多個(gè)視點(diǎn)。視點(diǎn)可以是基于在另一掃描界中有可能相似的視點(diǎn)而確定的。例如，在塊202處，來自針對圖1所描述的第一掃描界的第一視點(diǎn)可以是基于與第二掃描界中的第二視點(diǎn)可能具有場景100的相似視角(perspective)的第一視點(diǎn)而確定的。使第一掃描界和第二掃描界的視點(diǎn)具有相似視角可以有助于識別第一掃描界和第二掃描界的共同特征，這還可以有助于確定第一掃描界和第二掃描界之間的配準(zhǔn)。
[0024]在一些實(shí)施方式中，可以基于默認(rèn)視點(diǎn)例如立方體貼圖(cube map)投影來選擇一個(gè)或更多個(gè)視點(diǎn)。例如，針對圖1，如果第一立方體位于第一位置104a處，則可以從第一立方體的視角。針對第一掃描界而生成與第一立方體貼圖相關(guān)聯(lián)的視點(diǎn)。類似地，如果第二立方體位于第二位置104b處，則可以從第二立方體的視角、針對第二掃描界而生成與第二立方體貼圖相關(guān)聯(lián)的視點(diǎn)。
[0025]在一些實(shí)施方式中，還可以基于可以從包含在掃描界中的點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)出的信息來選擇一個(gè)或更多個(gè)視點(diǎn)。例如，可以基于可從每個(gè)掃描界中的點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)出的一個(gè)或更多個(gè)突出方向來選擇一個(gè)或更多個(gè)視點(diǎn)。突出方向可以是與對應(yīng)于掃描界的場景相關(guān)聯(lián)的主導(dǎo)方向。例