三维扫描束和成像系统技术方案

一种三维扫描束和成像系统(800)，能够实现环境的经济有效的三维扫描。所述系统(800)包括测距设备(805)、以及具有第一端(815)和第二端(820)的反应联接机构(810)。第一端(815)连接至测距设备(805)，并且第二端(820)连接至移动所述系统(800)通过环境的物体(825)。另外，成像设备(840)操作地耦接至反应联接机构(810)的第一端(815)或第二端(820)。在使用中，所述物体(825)相对于环境的加速由反应联接机构(810)转换成测距设备(805)相对于物体(825)的运动，这增大了测距设备(805)相对于环境的视场。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】三维扫描束和成像系统
本专利技术总体涉及扫描束和成像系统。具体而言，尽管并不排他地，本专利技术涉及使用 反应联接机构进行三维（3D)扫描和成像的系统。
技术介绍
在没有先验映射的环境中进行操作的车辆、人员或机器人通常必须构造映射，以 便工作和适应其工作环境，或者为终端用户提供精确的模型。映射和定位（包括同时定位 和映射（SLAM))是移动机器人中存在的基本问题，并且包括以下情景：对于其姿态无已知 映射或精确测量的移动物体必须对二者作出估计和保持。 物体的姿态是指其空间上的位置和定向。对于移动任务（比如，机器人导航、映射 以及规划）而言，确切地了解移动物体的姿态，通常较为重要。具体地众所周知的是，在某 些环境下，传统的导航系统不能进行操作或者不切实际。例如，在诸如建筑物内部、在地下 矿场内、或者在深水区内等环境中，基于卫星的全球定位系统（GPS)技术和基于蜂窝的定 位技术通常不起作用。如果不能获得这种环境的详细映射，那么在该环境中进行操作中的 车辆、人员或机器人可能需要依靠替代的导航系统，例如，SLAM系统，所述系统可包括惯性 测量单元（MU)或其他传感器，以用于确定位置和定向。 3D扫描束系统可提供用于映射和/或定位应用中的数据。通常，这种系统包括活 动的、动力联接机构，所述动力联接机构使传感器在多个自由度中移动，有效地增加了传感 器的视场，以便获得3D扫描。例如，某些系统可包括输出一维束的激光测距设备。如果测 距设备安装至动力多自由度联接或动力常平架机构中，那么能够使激光重复地扫描通过三 维空间，例如，车辆前面的空间。然后从该设备中收集的数据可用于限定3D点云，其有效 地限定了环境的图像或映射。其他测距设备可包括二维激光扫描器，所述二维激光扫描器 围绕中心轴线旋转，或当固定到车辆中时，在第三维内移动，以便限定3D点云。此外，3D闪 光灯检测和测距（LIDAR)设备可包含并联的多个探测器，以便生成3D测距数据。 在很多情况下，3D扫描束系统刚性地安装至车辆或机器人中，并且相对于该车辆 或机器人的定向，连续地扫描特定的区域。然后，所收集的数据可用于映射和/或定位应用 或用于更多基本的物体探测和场景认知目的中。然而，在某些情况下，该扫描束系统附接于 其上的车辆或机器人的振动或颠簸会导致在刚性安装的扫描束系统中引起误差。因此，已 经设计了复杂的振动隔离和稳定系统，以便有效地防止3D扫描束系统出现不期望的振动 或移动。 在某些应用中，为了增大扫描传感器的视场以便有效地扫描三维区域所必需的硬 件可为非常复杂并且昂贵的。因此，需要一种改进的3D扫描束和成像系统。 专利技术目的 本专利技术的一些实施例的目的在于，为客户提供改进和优于上述现有技术的优点， 和/或克服并且缓解现有技术的一个或多个上述缺点，和/或提供一种有用的商业选择。
技术实现思路
因此，在一种形式中，本专利技术为一种三维扫描束系统，包括： 测距设备； 反应联接机构，具有第一端和第二端，其中，所述第一端连接至所述测距设备，并 且所述第二端连接至移动所述系统通过环境的物体；以及 成像设备，操作地耦接至反应联接机构的第一端或第二端； 借此在使用中，所述物体相对于所述环境的加速由所述反应联接机构转换成所述 测距设备相对于所述物体的运动，这增大了所述测距设备相对于所述环境的视场，并且所 述测距设备的视场与所述成像设备的视场重叠。 可选地，所述系统进一步包括定向传感器，所述定向传感器附接至所述测距设备。 可选地，所述系统进一步包括与所述测距设备操作地耦接的计算机系统，其中，所 述计算机包括计算机可读介质，所述计算机可读介质存储限定记录算法的程序代码部分， 并且其中，所述记录算法处理来自于所述测距设备的数据，以便限定所述环境的3D点云。 可选地，所述测距设备包括激光器。 可选地，所述激光器包括二维扫描束激光器。 可选地，所述3D点云被实时地限定。 可选地，所述测距设备发送和接收以下类型信号中的至少一种：光信号、声信号、 超声波信号、射频信号、伽玛辐射信号、微波信号。 可选地，所述反应联接机构包括弹簧。 可选地，所述定向传感器包括惯性测量单元（IMU)。 可选地，所述反应联接机构的第一端与所述测距设备之间的连接为流体耦接。 可选地，所述成像设备安装在所述测距设备上。 可选地，所述成像设备包括可见光照相机、红外照相机、紫外（UV)线照相机、或超 光谱数据成像装置。 通过以下的详细描述，本专利技术的其他特征和优点将变得显而易见。 【附图说明】 为了便于理解本专利技术并且能够使本领域的技术人员对本专利技术进行有效的实践，将 参照附图仅以举例的方式描述本专利技术的优选实施例，其中： 图1为示出了根据本专利技术的实施例的3D扫描束系统的侧视图的示意图。 图2为示出了连接至汽车的前端的图1的系统的侧视图的示意图。 图3为示出了连接至施工安全帽的顶部的图1的系统的侧视图的示意图。 图4为示出了根据本专利技术的一些实施例的扫描器相对于环境内的表面进行的平 移运动的视图。 图5为示出了根据本专利技术的实施例的获得环境的三维扫描的方法的一般流程图。 图6为示出了根据本专利技术的一些实施例的包括用于限定3D点云的计算机系统的 系统元件的框图。 图7为示出了根据本专利技术替代实施例的3D扫描束系统的侧视图的示意图。 图8为示出了根据本专利技术进一步实施例的3D扫描束系统的透视图的视图。 【具体实施方式】 本专利技术涉及一种3D扫描束系统和方法。通过将所述系统附接至物体（比如，车 辆、机器人、人或动物），能够经济可靠地获得环境的3D扫描。然后，来自于3D扫描的数据 可用于各种用途中，比如，物体检测、接近检测、映射、定位、或碰撞躲避。 在本专利说明书内，诸如第一和第二、左和右、顶部和底部等形容词仅仅用于相对 于另一个部件或方法步骤限定一个部件或方法步骤，不必要求这些形容词所描述的特定相 对位置或顺序。诸如含有或包括等词语不用于限定排他的一组部件或方法步骤。相 反的，这种词语仅仅限定包括在本专利技术的一个特定实施例内的最小组的部件或方法步骤。 参照图1，示意图示出了根据本专利技术的实施例的3D扫描束系统100的侧视图。系 统100包括2D激光束扫描器105形式的测距设备、以及盘簧110形式的反应联接机构。盘 簧110的第一端115连接至2D激光束扫描器105。盘簧110的第二端120连接至物体125。 然后，反应联接机构将物体125的平移加速（如箭头130所示）转换成2D激光束扫描器 105的旋转运动（如箭头135所示）。 2D激光束扫描器105因此能够显著增大其视场，并且以3D扫描物体125前面的 环境。不需要独立供电的常平架机构或其他独立的激励源来产生2D激光束扫描器105的 旋转运动。因此，在使用测距设备扫描环境所需要的硬件受成本或空间约束的限制时，系统 100可经济有效地运行。 根据本专利技术的某些实施例，可选的定向传感器（诸如惯性测量单元（MU) 145、照 相机、磁力计或其他装置等）可附接至测距设备。在需要限定测距设备的位置或定向的数 据的应用中，这样一种定向传感器能参与处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维扫描束系统，包括：测距设备；反应联接机构，具有第一端和第二端，其中，所述第一端连接至所述测距设备，并且所述第二端连接至移动所述系统通过环境的物体；以及成像设备，操作地耦接至所述反应联接机构的所述第一端或所述第二端；借此在使用中，所述物体相对于所述环境的加速由所述反应联接机构转换成所述测距设备相对于所述物体的运动，这增大了所述测距设备对于所述环境的视场，并且所述测距设备的视场与所述成像设备的视场重叠。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.17 AU 20129015081. 一种三维扫描束系统，包括： 测距设备； 反应联接机构，具有第一端和第二端，其中，所述第一端连接至所述测距设备，并且所 述第二端连接至移动所述系统通过环境的物体；以及 成像设备，操作地耦接至所述反应联接机构的所述第一端或所述第二端； 借此在使用中，所述物体相对于所述环境的加速由所述反应联接机构转换成所述测距 设备相对于所述物体的运动，这增大了所述测距设备对于所述环境的视场，并且所述测距 设备的视场与所述成像设备的视场重叠。2. 根据权利要求1所述的系统，进一步包括附接至所述测距设备的定向传感器。3. 根据权利要求1所述的系统，进一步包括与所述测距设备操作地耦接的计算机系 统，其中，所述计算机包括计算机可读介质，所述计算机可读介质存储限定记录算法的程序 代码部分，并且其中，所述记录算法处理来自于所述测距设备的数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·卡斯滕·博塞，罗伯特·迈克尔·兹洛特，
申请(专利权)人：联邦科学和工业研究组织，
类型：发明
国别省市：澳大利亚;AU