一种三维采集拍摄系统论文和设计-熊友谊

全文摘要

本申请实施例公开了一种三维采集拍摄系统。本申请实施例提供的技术方案，通过设置设备移动机构，以驱动采集设备在布控范围内纵向移动，通过设置轨道移动机构，以驱动设备移动机构在布控范围内横向移动，控制终端分别控制设备移动机构及轨道移动机构，以使驱动采集设备在布控范围内移动，进行空间数据采集作业，使得采集设备的移动更加精准，进而提高空间数据采集的精度；同时通过设置全站仪采集控制点坐标信息，使得后续的三维模型生成效果更好。

主设计要求

1.一种三维采集拍摄系统，其特征在于，包括：采集设备，用于进行布控范围内的空间数据采集；设备移动机构，包括纵向轨道及设备移动电机，所述设备移动电机用于驱动所述采集设备沿所述纵向轨道移动；轨道移动机构，包括两条相互平行的横向轨道及轨道移动电机，所述纵向轨道的两端分别连接两条所述横向轨道，使所述纵向轨道与两条所述横向轨道正交；所述轨道移动电机用于驱动所述设备移动机构沿两条所述横向轨道移动；控制终端，信号连接所述采集设备、所述设备移动机构及所述轨道移动机构，用于控制所述采集设备在布控范围内移动并执行采集工作。

设计方案

1.一种三维采集拍摄系统，其特征在于，包括：

采集设备，用于进行布控范围内的空间数据采集；

设备移动机构，包括纵向轨道及设备移动电机，所述设备移动电机用于驱动所述采集设备沿所述纵向轨道移动；

轨道移动机构，包括两条相互平行的横向轨道及轨道移动电机，所述纵向轨道的两端分别连接两条所述横向轨道，使所述纵向轨道与两条所述横向轨道正交；所述轨道移动电机用于驱动所述设备移动机构沿两条所述横向轨道移动；

控制终端，信号连接所述采集设备、所述设备移动机构及所述轨道移动机构，用于控制所述采集设备在布控范围内移动并执行采集工作。

2.根据权利要求1所述的三维采集拍摄系统，其特征在于，还包括全站仪，信号连接所述控制终端，用于采集布控范围内控制点的坐标信息。

3.根据权利要求1所述的三维采集拍摄系统，其特征在于，所述采集设备包括：

相机，用于采集纹理影像数据；

激光扫描仪，用于采集点云数据；

补光器，用于进行拍摄环境的调节补光；

旋转圆盘及衔接杆；

所述相机、所述激光扫描仪及所述补光器均设置于所述旋转圆盘的盘面上，所述衔接杆一端固定连接所述旋转圆盘，另一端固定连接所述设备移动机构。

4.根据权利要求3所述的三维采集拍摄系统，其特征在于，所述纵向轨道为凹槽型轨道，所述纵向轨道对应凹槽的两边向内弯折形成两条内扣凹槽；所述设备移动机构还包括两个设备移动滚轮及与两个所述设备移动滚轮连接的滚轮轴承，所述滚轮轴承固定连接所述衔接杆，所述纵向轨道的槽口朝向底部设置，所述设备移动电机用于驱动两个所述设备移动滚轮分别沿着两条所述内扣凹槽滚动，以带动所述采集设备沿所述纵向轨道移动。

5.根据权利要求1所述的三维采集拍摄系统，其特征在于，所述采集设备还包括设备移动记录仪，用于记录所述采集设备在所述纵向轨道上的移动距离及移动时间。

6.根据权利要求1所述的三维采集拍摄系统，其特征在于，所述横向轨道为凹槽型轨道，所述横向轨道对应凹槽的两边向内弯折；所述轨道移动机构还包括轨道移动滚轮，所述纵向轨道的两端分别固定连接一组所述轨道移动滚轮，两条所述横向轨道的槽口相对设置，所述设备移动电机用于驱动两组所述轨道移动滚轮分别沿着两条所述横向轨道的内腔壁滚动，以带动所述设备移动机构沿两条所述横向轨道移动。

7.根据权利要求1所述的三维采集拍摄系统，其特征在于，所述横向轨道为凹槽型轨道；所述轨道移动机构还包括轨道移动滚轮，所述纵向轨道的两端分别固定连接一组所述轨道移动滚轮，两条所述横向轨道的槽口朝向顶部设置，两组所述轨道移动滚轮架设在所述横向轨道的顶部，所述轨道移动电机用于驱动两组所述轨道移动滚轮分别沿着两条所述横向轨道滚动，以带动所述设备移动机构沿两条所述横向轨道移动。

8.根据权利要求6或7所述的三维采集拍摄系统，其特征在于，所述设备移动机构还包括轨道移动记录仪，用于记录所述设备移动机构在两条所述横向轨道上的移动距离及移动时间。

9.根据权利要求1所述的三维采集拍摄系统，其特征在于，所述纵向轨道及两条所述横向轨道的轨道外侧均设置有卡尺，所述卡尺沿着轨道进行距离标识。

10.根据权利要求1所述的三维采集拍摄系统，其特征在于，所述纵向轨道及两条所述横向轨道的轨道外侧均设置有延时限位器，所述延时限位器沿着轨道均匀设置。

设计说明书

技术领域

本申请实施例涉及智能测绘技术领域，尤其涉及一种三维采集拍摄系统。

背景技术

目前，在对空间数据进行获取时，通常会采用全站仪、GPS、三维激光扫描设备、摄影测量设备等仪器进行相关数据的获取，通过获取到的空间数据来搭建三维模型。但是，上述采集设备在进行空间数据采集时，仅仅简单的通过人工手持设备进行拍摄对象点云数据及纹理影像的获取，这样简易的空间数据获取方式，无法满足一些高精度测量要求的作业场景，其获取到的空间数据存在误差，影响后续图像拼接效果。

实用新型内容

本申请实施例提供一种三维采集拍摄系统，能够进行高精度的空间数据采集作业。

本申请实施例提供了一种三维采集拍摄系统，包括：

采集设备，用于进行布控范围内的空间数据采集；

设备移动机构，包括纵向轨道及设备移动电机，所述设备移动电机用于驱动所述采集设备沿所述纵向轨道移动；

控制终端，信号连接所述采集设备、所述设备移动机构及所述轨道移动机构，用于控制所述采集设备在布控范围内移动并执行采集工作；

进一步的，还包括全站仪，信号连接所述控制终端，用于采集布控范围内控制点的坐标信息。

进一步的，所述采集设备包括：

相机，用于采集纹理影像数据；

激光扫描仪，用于采集点云数据；

补光器，用于进行拍摄环境的调节补光；

旋转圆盘及衔接杆，所述相机、所述激光扫描仪及所述补光器均设置于所述旋转圆盘的盘面上，所述衔接杆一端固定连接所述旋转圆盘，另一端固定连接所述设备移动机构。

进一步的，所述纵向轨道为凹槽型轨道，所述纵向轨道对应凹槽的两边向内弯折形成两条内扣凹槽；所述设备移动机构还包括两个设备移动滚轮及与两个所述设备移动滚轮连接的滚轮轴承，所述滚轮轴承固定连接所述衔接杆，所述纵向轨道的槽口朝向底部设置，所述设备移动电机用于驱动两个所述设备移动滚轮分别沿着两条所述内扣凹槽滚动，以带动所述采集设备沿所述纵向轨道移动。

进一步的，所述采集设备还包括设备移动记录仪，用于记录所述采集设备在所述纵向轨道上的移动距离及移动时间。

进一步的，所述横向轨道为凹槽型轨道，所述横向轨道对应凹槽的两边向内弯折；所述轨道移动机构还包括轨道移动滚轮，所述纵向轨道的两端分别固定连接一组所述轨道移动滚轮，两条所述横向轨道的槽口相对设置，所述设备移动电机用于驱动两组所述轨道移动滚轮分别沿着两条所述横向轨道的内腔壁滚动，以带动所述设备移动机构沿两条所述横向轨道移动。

进一步的，所述横向轨道为凹槽型轨道；所述轨道移动机构还包括轨道移动滚轮，所述纵向轨道的两端分别固定连接一组所述轨道移动滚轮，两条所述横向轨道的槽口朝向顶部设置，两组所述轨道移动滚轮架设在所述横向轨道的顶部，所述轨道移动电机用于驱动两组所述轨道移动滚轮分别沿着两条所述横向轨道滚动，以带动所述设备移动机构沿两条所述横向轨道移动。

进一步的，所述设备移动机构还包括轨道移动记录仪，用于记录所述设备移动机构在两条所述横向轨道上的移动距离及移动时间。

进一步的，所述纵向轨道及两条所述横向轨道的轨道外侧均设置有卡尺，所述卡尺沿着轨道进行距离标识。

进一步的，所述纵向轨道及两条所述横向轨道的轨道外侧均设置有延时限位器，所述延时限位器沿着轨道均匀设置。

本申请实施例通过设置设备移动机构，以驱动采集设备在布控范围内纵向移动，通过设置轨道移动机构，以驱动设备移动机构在布控范围内横向移动，控制终端分别控制设备移动机构及轨道移动机构，以使驱动采集设备在布控范围内移动，进行空间数据采集作业，使得采集设备的移动更加精准，进而提高空间数据采集的精度；同时通过设置全站仪采集控制点坐标信息，使得后续的三维模型生成效果更好。

附图说明

图1是本申请实施例提供的三维采集拍摄系统的结构示意图；

图2是本申请实施例中布控范围的俯视图；

图3是本申请实施例中采集设备进行空间数据采集示意图；

图4是本申请实施例中采集设备的结构示意图；

图5是本申请实施例中的采集设备与纵向轨道的侧视图；

图6是申请实施例中的采集设备与纵向轨道的正视图；

图7是本申请实施例中的纵向轨道与设备移动滚轮的设置示意图；

图8是本申请实施例中纵向轨道的结构示意图；

图9是本申请实施例中的纵向轨道与横向轨道的设置示意图；

图10是本申请实施例中另一种纵向轨道与横向轨道的设置示意图；

图11是本申请实施例中卡尺及延时限位器的结构示意图。

图中：1、采集设备；11、相机；12、激光扫描仪；13、补光器；14、旋转圆盘；15、衔接杆；16、设备移动记录仪；2、设备移动机构；21、纵向轨道；22、设备移动电机；23、设备移动滚轮；24、滚轮轴承；25、轨道移动记录仪；3、轨道移动机构；31、横向轨道；32、轨道移动电机；33、轨道移动滚轮；34、卡尺；35、延时限位器；4、控制终端；5、全站仪；6、轨道固定框架；7、移动控制网。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本申请具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部内容。下面将结合本申请实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，基于本申请中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。在本申请实施例中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本申请提供的三维采集拍摄系统，旨在通过控制终端控制采集设备布控区域内移动，对应采集布控区域内的空间数据。提供纵向、横向轨道，使得采集设备能够在纵向、横向轨道构成的移动范围内移动，精准地对应布控范围进行空间数据采集，进而提高空间数据采集的精度。相对于现有的空间数据采集方式，本实施例采用控制终端控制采集设备自动移动执行采集工作，采集工作自动化程度更高，其采集精度也相对较高。

图1给出了本申请实施例一提供的一种三维采集拍摄系统的结构示意图，参照图1，该三维采集拍摄系统具体包括：采集设备1、设备移动机构2、轨道移动机构3、控制终端4及全站仪5，其中采集设备1、设备移动机构2、轨道移动机构3及全站仪5分别与控制终端4信号连接并受控于该控制终端4。其中，采集设备1用于进行布控范围内的空间数据采集，通过接收控制终端4的控制指令，执行空间数据采集操作；设备移动机构2用于实现采集设备1在布控范围内的纵向移动，根据控制终端4的控制指令驱动采集设备1移动；轨道移动机构3用于实现整个设备移动机构2的横向移动，根据控制终端4的控制指令驱动设备移动机构2移动，进而使与设备移动机构2连接的采集设备1横向移动；全站仪5用于采集布控范围内控制点的坐标信息，其根据控制终端4设置的坐标系原点，进行布控范围内若干个预设置的控制点的坐标采集，并将采集到的控制点坐标信息回传至控制终端4。后续控制终端4可根据控制点坐标信息对采集到的实景影像进行拼接，提高对应布控区域实景影像拼接的精度。本申请实施例对同一控制点的测量采取定点定向测量，以减小由于不同站点测量之间的所产生的误差。通过设置固定观测装置，固定观测装置安装在全站仪5的底部位置，并放置于整个架构系统的水平方向。以使全站仪5进行测量某个控制点相应的的水平角、垂直角、距离(斜距、平距)、高差等数据。控制点为预设置在采集区域上具有坐标位置的标识点，通过采集控制点的位置信息，以便于后续生成基于采集到的空间数据的三维模型。

上述，通过设置设备移动机构2，以驱动采集设备1在布控范围内纵向移动，通过设置轨道移动机构3，以驱动设备移动机构2在布控范围内横向移动，控制终端4分别控制设备移动机构及轨道移动机构3，以使驱动采集设备1在布控范围内移动，进行空间数据采集作业，使得采集设备1的移动更加精准，进而提高空间数据采集的精度；同时通过设置全站仪5采集控制点坐标信息，使得后续的三维模型生成效果更好。

示例性的，在考古发掘现场的三维数据采集应用中，为了更好的确定出土文物的相对位置，需要设置一个独立坐标系，定义其与大地坐标系转换规则。通过对应采集区域建立精密布控范围，在周边及转交处预设置大量控制点。控制点要求是适合激光扫描仪检测的，同时也适合光学影像拍照，并且容易被提取。控制点的坐标信息由全站仪5进行采集，用于后续的影响拼接。之后，对应这一布控范围，使用本申请实施例的三维采集系统进行空间数据的采集。参照图2，在使用本实施例三维采集系统进行空间数据采集时，需要对应将空间数据采集区域设置为布控范围。对应采集区域的顶部架设轨道移动机构3、设备移动机构2及采集设备1。使得采集设备1能够在采集区域的上空执行对应采集区域的空间数据采集操作。图2中，设备移动机构2包括一条纵向轨道21，纵向轨道21与采集设备1滑动连接，以使采集设备1能够沿着纵向轨道21来回移动；轨道移动机构3则包括了两条横向轨道31，两条横向轨道31相互平行且分别与纵向轨道21正交，纵向轨道21与横向轨道31滑动连接，以使设备移动机构2能够沿着横向轨道31来回移动。这样，通过设置横向轨道31及纵向轨道21，即可实现采集设备1在布控范围内的任意区域移动，进行空间数据采集。

参照图3，在进行空间数据采集时，将采集设备1架设的采集对象(布控范围)的上方，采集设备1通过移动进行布控范围内逐个区域的空间数据采集。设置四根支撑杆，支撑杆对应布控范围的四个角。其中横向方向两两对应的支撑杆，用于架设横向轨道31，使横向轨道31的两端分别连接支撑杆的顶端。通过控制终端4控制采集设备1沿着纵向轨道21和横向轨道31移动。控制终端4根据实际拍摄需要可以控制采集设备1的拍摄间距，采集设备1每移动设定的距离则停下进行空间数据采集。这样，通过控制终端4控制采集设备1移动对应的距离，即可进行布控范围内对应部分区域得空间数据采集，以此来提高空间数据的采集精度。并且，如图2所示，采用支撑杆支撑设备移动机构2和轨道移动机构3的方式，利用轨道固定框架6内架设移动控制网7，使采集设备1在采集区域的上空进行空间数据采集，以避免对考古发掘现场的破坏，保护出土文物的完整性，另一方面，确保了所述纵向轨道21的平稳移动，进而保证了所述采集设备1采集工作的平稳进行，提高采集数据的准确度和降低采集数据的误差。

具体的，如图4所示，采集设备1包括相机11、激光扫描仪12及补光器13，其中相机11用于采集纹理影像数据，激光扫描仪12用于采集点云数据。通过相机11及激光扫描仪12来实现布控范围内空间数据的采集。此外，为了避免采集环境光照不均衡的情况，采集设备1还设置有补光器13，补光器13用于进行拍摄环境的调节补光，确保前后采集的图像的亮度值保持一致，以便于后期的图像拼接。采集设备1还设置一个旋转圆盘14，将上述相机11、激光扫描仪12及补光器13均设置在旋转圆盘14的盘面上，旋转圆盘14根据控制终端4的控制指令来驱动旋转盘体，以使采集设备1的相应采集装置对应进行空间数据的采集，满足不同情况下的空间数据采集需求。

参照图5，在圆盘的背面固接一根衔接杆15，衔接杆15用以衔接采集设备1与设备移动机构2。其中，衔接杆15的一端固定连接旋转圆盘14的背面，另一端则固定连接设备移动机构2。由于采集设备1需要在纵向轨道21上滑动，故衔接杆15需要与设备移动机构2滑动连接。如图5-图6所示，将衔接杆15固定连接设备移动机构2的滚轮轴承24，滚轮轴承24的两端分别连接两个设备移动滚轮23，以使滚轮轴承24的转动带动设备移动滚轮23转动。滚轮轴承24的顶部设置有设备移动电机22，设备移动电机22用以驱动滚轮轴承24转动以带动设备移动滚轮23的转动。另一方面，参照图7-图8，将纵向轨道21设置为凹槽型轨道，纵向轨道21对应凹槽的两边向内弯折形成两条内扣凹槽，纵向轨道21的槽口向下设置，将两个设备移动滚轮23设置在两条内扣凹槽的槽口中，使两个设备移动滚轮23沿着两条内扣凹槽形成的轨道移动。以此来实现采集设备1在纵向轨道21上的移动。

可选的，采集设备1还包括设备移动记录仪16，其用于记录采集设备1在纵向轨道21上的移动距离及移动时间。控制终端4可根据移动记录仪的采集数据，确定采集设备1的实际移动距离。并且，为了尽量保证采集设备1的移动距离的精度，可以通过预先控制采集设备1移动一遍来计算其控制移动的误差范围，并在该误差范围内调试相关的控制指令。例如发现控制距离与实际移动距离的误差是+0.5厘米时，则在发送控制采集设备1的移动指令时将配置参数统一调试至n+0.5厘米，以进一步提高空间数据采集的精度。

参照图9，为了实现设备移动机构2的横向移动，需要使纵向轨道21在横向轨道31上移动。将本实施例的横向轨道31设置为凹槽型轨道，横向轨道31对应凹槽的两边向内弯折；轨道移动机构3还设置有轨道移动滚轮33，纵向轨道21的两端分别固定连接一组轨道移动滚轮33，两条横向轨道31的槽口相对设置，并通过设备移动电机22来驱动两组轨道移动滚轮33分别沿着两条横向轨道31的内腔壁滚动，以带动设备移动机构2沿两条横向轨道31移动。并且，根据实际需要，将纵向轨道21两端连接的轨道移动滚轮33设置为多个，以确保轨道移动滚轮33能够稳定支撑纵向轨道21移动。需要注意的是，横向轨道31在此处向内弯折的部分起到限位作用，避免轨道移动滚轮33滑出轨道之外。

可选的，参照图10，在纵向轨道21与横向轨道31连接的一些实施场景中，将横向轨道31设置为凹槽型轨道，其槽口向上。将两组轨道移动滚轮33分别架设在两条横向轨道31的顶部，轨道移动滚轮33贴着轨道底部滑动。并通过轨道移动电机32来驱动轨道移动滚轮33沿着两条横向轨道31滚动，以带动设备移动机构2沿两条横向轨道31移动。同样的，根据实际需要，将纵向轨道21两端连接的轨道移动滚轮33设置为多个，以确保轨道移动滚轮33能够稳定支撑纵向轨道21移动。不同于上述图9示出的横向轨道31的设置方式，图10示出的横向轨道31，由于其槽口向上设置，其对应凹槽的两边不需要弯折设置。

对应的，在设备移动机构2设置轨道移动记录仪25，用于记录设备移动机构2在两条横向轨道31上的移动距离及移动时间。根据轨道移动记录仪25的采集数据，能够确定设备移动机构2的实际移动距离，便于操作人员观察控制移动距离是否存在误差，并根据轨道移动记录仪25的采集数据调整控制指令，以消除误差。设备移动机构2控制移动误差的消除方式参照上述采集设备1的移动误差消除方式，这里不多赘述。并且，轨道移动记录仪25、设备移动记录仪16具体为陀螺仪和移动记录器件，通过采集设备1或设备移动机构2的移动路径、时间及角度信息，并对应采集信息进行误差调整控制，以提高空间数据采集精度。

可选的，参照图11，在纵向轨道21及两条所述横向轨道31的轨道外侧均设置有卡尺34，该卡尺34沿着轨道进行距离标识。通过卡尺34的距离标识，可以直观的看到采集设备1或设备移动机构2的实际移动距离。那么根据控制终端4控制采集设备1或设备移动机构2的移动距离，与实际移动距离对比，则可以确定设备或设备移动机构2的移动误差，通过相关数据的调整，即可对应减少产生的误差。

而在三维采集系统的一些应用场景中，在纵向轨道21及两条横向轨道31的轨道外侧均设置有延时限位器35，延时限位器35沿着轨道均匀设置。延时限位器35在特定时间内，当采集设备1或者设备移动机构2经过延时限位器35时，触发采集设备1的相机11停顿进行拍摄，以使采集设备1对应延时限位器35设置位置处进行空间数据采集，进而提高空间数据采集的精度。

本申请实施例通过控制终端4控制采集设备1在横向、纵向移动，并辅以设备移动记录仪16、轨道移动记录仪25、卡尺34及延时限位器35，使得采集设备1的移动足够精确，进而提升空间数据采集的精度，以便于后续采集影像的拼接及三维模型的生成，优化空间数据呈现的效果。

上述仅为本申请的较佳实施例及所运用的技术原理。本申请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的各种明显变化、重新调整及替代均不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由权利要求的范围决定。

设计图

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