三维扫描仪的制作方法

1.本公开的示例实施例总体上涉及一种三维扫描仪。


背景技术：

2.三维扫描仪是利用三维扫描技术的一种科学仪器，用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状与外观数据。三维扫描技术在实际应用中所具有的重要意义是实现将实物立体信息转换为计算机能够识别与直接处理的数字信号，实现物体的非接触测量。三维扫描仪所搜集到的数据常被用来进行三维重建计算，在虚拟世界中创建实际物体的数字模型。三维扫描仪的用途之一是建立物体几何表面的点云，这些点可用来插补成物体的表面形状，越密集的点云可以建立更精确的模型(这个过程称作三维重建)。若扫描仪能够取得表面颜色，则可进一步在重建的表面上贴上材质贴图，亦即所谓的材质印射。
3.三维扫描仪目前也越来越多地应用于房屋构造的测量和扫描上。例如，在扫描室内环境时，三维扫描仪通常被放置在被扫描房屋的内部的固定位置，其光学探测部分(包括相机和激光雷达等)通常被驱动部件驱动旋转一周来完成房间构造的扫描。


技术实现要素：

4.在本公开的第一方面，提供了一种三维扫描仪。该三维扫描仪包括：安装装置，包括呈环形结构的相机安装支架和位于相机安装支架的轴向上的一侧的雷达安装部；多个图像采集装置，布置在相机安装支架周向上，并且适于各自沿相机安装支架的径向方向向外获取相机视场内的对象的图像数据，相机视场各自以相机法线为中心，并且多个相机视场部分重叠；以及激光雷达，被布置在雷达安装部上，并且适于获取雷达视场内的对象的点云数据，雷达视场以雷达法线为中心，雷达法线与多条相机法线所在的法线面呈非零角度，并且雷达视场与多个相机视场部分重叠。
5.通过使多个相机视场部分重叠，能够利于多个图像采集装置的参数的标定。参数的精确标定有利于数据的后续精确处理。此外，雷达视场和相机视场重叠设置一方面也利于激光雷达和图像采集装置之间的参数标定。另一方面，雷达视场和相机视场重叠设置能够使三维扫描仪的激光雷达和图像采集装置采用同时(例如，在某一静止状态下)采集数据的方式，并将所同时获取的点云数据和图像数据融合以生成具有深度信息的虚拟现实图像。以此方式，能够提高图像采集装置之间以及图像采集装置与雷达之间数据融合精度和可靠性。此外，雷达法线与法线面呈非零角度能够降低或避免雷达视场与激光视场之间的干涉，从而有利于两者之间的布置，并进而有利于三维扫描仪的小型化。
6.在一些实施例中，相机安装支架包括沿周向排布的多个定位部，多个定位部适于定位安装多个图像采集装置，以使得多个图像采集装置的多条相机法线相交于法线交点。通过使用定位部，能够简单可靠地将多个图像采集装置精确地装配到位，并且多条相机法线相交于法线交点能够消除多个图像采集装置之间的采集视差，并提高图像采集装置的数据融合效果和精度。
7.在一些实施例中，雷达安装部包括第一雷达对齐部，并且激光雷达包括第二雷达对齐部，第一雷达对齐部适于与第二雷达对齐部耦合以将激光雷达定位安装于雷达安装部上，并且激光雷达的雷达法线穿过法线交点。通过采用雷达对齐部，能够简单可靠地将激光雷达装配到雷达安装部上，从而保证激光雷达的定位和装配精度，并且通过使雷达法线穿过法线交点，能够有效地降低点云数据和图像数据在数据融合时的数据处理量和计算量，由此来提高所输出的数据的可靠性和精度。
8.在一些实施例中，多个所述图像采集装置的所述相机法线所在的法线面为平面，并且雷达法线垂直于所述法线面。以此方式，能够使三维扫描仪的布局更加合理，从而进一步促进三维扫描仪的小型化。
9.在一些实施例中，多个图像采集装置的所述相机法线所在的法线面为圆锥面，并且所述雷达法线与所述圆锥面的中心线共线。以此方式，在有利于图像采集装置和激光雷达的紧凑布置的同时，还能够促进图像采集装置和激光雷达的视场重叠以及后续的参数标定，并进而有利于提高数据融合质量。
10.在一些实施例中，多个图像采集装置被周向地布置在相机安装支架的大于180
°
的范围内。以此方式，能够使三维扫描仪的整体相机视场更广。
11.在一些实施例中，安装装置还包括：辅助安装支架，被布置在主安装支架上与雷达安装部相对的端部，并且其中三维扫描仪还包括：转动云台，经由辅助安装支架而被布置在安装装置上，并且适于驱动多个图像采集装置和激光雷达沿转动轴线转动，转动轴线垂直于雷达法线并穿过法线交点。通过采用辅助安装支架，转动云台能够以较高的精度装配到安装装置，并且确保转动轴线穿过法线交点。这种布置方式有利于降低图像采集装置和激光雷达在转动采集过程中的视差，从而提高数据的精度和可靠性。
12.在一些实施例中，辅助安装支架包括：一对安装体，基于安装装置的中心面对称地布置，以供转动云台布置在其间。以此方式，能够以简单的结构和装配方式实现转动云台的精确定位。
13.在一些实施例中，三维扫描仪还包括：壳体，适于容纳安装装置、多个图像采集装置、激光雷达和转动云台，并且包括本体，本体包括环形凹入部和被布置在环形凹入部的轴向上的一侧的半球形突出部，环形凹入部包括多个相机窗口，其中多个图像采集装置被布置在多个相机窗口对应的位置以通过多个相机窗口获取相机视场内的图像数据，并且激光雷达被布置在半球形突出部中。通过将图像采集装置布置在环形凹入部，能够避免图像采集装置由于被磕碰而损坏。此外，通过将激光雷达布置在半球形突出部中，在不影响扫描的同时能够保护激光雷达免受外界异物的影响。
14.在一些实施例中，本体还包括：第一突出部分，位于环形凹入部和半球形突出部之间；以及第二突出部分，位于环形凹入部在轴向上远离第一突出部分的一侧，并且其中环形凹入部相对于第一突出部分和第二突出部分在径向上凹入预定距离。以此方式，一方面能够保护图像采集装置免受磕碰损坏。另一方面，第一突出部分和第二突出部分还能够用于容纳必要的部件，从而有利于三维扫描仪的空间布局，并促进三维扫描仪的小型化。
15.在一些实施例中，本体还包括：第一通风孔，被布置在第二突出部分在环形凹入部的轴向上的端部。通过设置第一通风孔，能够便于在第二突出部中设置风扇等部件，从而促进壳体内的气流流动，并进而利于壳体中各部件的散热。
16.在一种实施例中，本体还包括：第二通风孔，被形成在第一突出部分上，位于半球形突出部的周围。通过设置第二通风孔，能够可靠地在图像采集装置和激光雷达之间形成稳定的气流，从而利于图像采集装置和激光雷达的散热。
17.在一些实施例中，壳体还包括：底盖，布置在本体在纵向上远离环形凹入部的底部，并且具有第三通风孔。通过在底盖设置第三通风孔，能够引入沿纵向流动的气流，从而有利于布置在主安装支架上的诸如电路板等部件的散热。
18.在一些实施例中，转动云台包括：云台部，适于从底盖的开口暴露于外部，并与底盖齐平，云台部适于与固定部件耦合，以将三维扫描仪固定在固定部件上。以此方式，三维扫描仪能够通过云台部而被方便地固定在固定部件上，从而有利于三维扫描仪的数据采集的可靠性。
19.在一些实施例中，主安装支架包括供气流通过的通孔。通孔能够进一步促进气流在壳体内部的流动，并进而利于各部件的散热。
附图说明
20.结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：
21.图1示出了根据本公开实施例的三维扫描仪的立体视图；
22.图2示出了根据本公开实施例的三维扫描仪的侧视图；
23.图3示出了根据本公开实施例的三维扫描仪的安装装置的正视图；
24.图4示出了根据本公开实施例的三维扫描仪的安装装置的侧视图；
25.图5示出了根据本公开实施例的三维扫描仪的安装装置的立体视图；
26.图6示出了根据本公开实施例的三维扫描仪的安装装置的分解视图；
27.图7示出了根据本公开实施例的三维扫描仪从另一个角度观察时的立体视图；以及
28.图8示出了根据本公开实施例的三维扫描仪的后视图。
具体实施方式
29.下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。
30.在本公开的实施例的描述中，术语“包括”及其类似用语应当理解为开放性包含，即“包括但不限于”。术语“基于”应当理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”或“该实施例”应当理解为“至少一个实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
31.三维扫描仪，又被称为三维相机或者虚拟现实(vr)相机，能够用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状(几何构造)与外观数据(如颜色、表面反照率等性质)。用于扫描房间构造的三维扫描仪通常包括两个部分，第一部分，也被称为驱动部件固定部件，用于固定诸如步进电机等的驱动部件；以及第二部分，也被称为感知部分，通常包括诸如相机的
图像采集装置以及激光雷达。感知部分能够在驱动部件的驱动下相对于第一部分绕旋转轴线转动。在进行房间内部构造扫描时，三维扫描仪通常通过诸如三脚架等支撑装置而被固定在待扫描的房间的预定位置，通过驱动部件驱动感知部分转动预定角度，来完成整个房间内部结构的扫描，从而得到关于房间内部构造的图像数据和点云数据等。
32.三维扫描仪的图像采集单元能够用来获取环境中的图像数据，图像采集单元的一个重要参数是视场角(fov)。视场角在光学工程中又称视场，视场角的大小决定了光学仪器的视场范围。相机的视场通常是以法线为中心并以相机的原点为顶点的锥形区域，该锥形区域的顶角即为视场角。每个相机的视场角在横向方向上和纵向方向上测量时可能是不同的。例如，有的相机的纵向视场角为100
°
左右，而横向视场角可能在80
°
左右。
33.激光雷达，又被称为lidar，是light detection and ranging的缩写。lidar是一种传感技术，可发射低功率、人眼安全的激光进行脉冲测量，并测量激光完成传感器与目标之间往返所需的时间。所得的聚合数据用于生成3d点云图像，同时提供空间位置和深度信息以识别，分类和跟踪运动对象。与相机类似的，激光雷达也有视场角，即，传感器所覆盖的角度。激光雷达的视场角也以雷达法线为中心。
34.对于传统的三维扫描仪而言，大多采用相机的法线与激光雷达的雷达法线同轴或者平行布置的方式，以使得两种传感器所采集的数据便于标定和整合。然而，这种布置方式使得相机和激光雷达的扫描范围受限。此外，目前传统的三维扫描仪扫描效率和像素密度都较低，不能满足对高效全空间扫描的要求。
35.根据本公开实施例提供了一种三维扫描仪200，以解决或者至少部分地解决传统的三维扫描仪的上述或者其他潜在问题。根据本公开实施例的三维扫描仪200的图像采集装置202的布局更加合理，能够在静止状态下在纵向周向上基本一周的范围，由此使得至少在获取图像数据时只需要绕纵向轴线(下文中也被称为旋转轴线)旋转半周就能够得到全空间的全景图像。此外，根据本公开实施例的三维扫描仪200的激光雷达203还提升了扫描范围并改进了扫描方式。通过图像采集装置202、激光雷达203的布置方式以及诸如视场角等参数以及扫描范围和扫描方式的各种改进，根据本公开实施例的三维扫描仪200能够以更高的效率完成全空间扫描，显著提升了扫描效率。
36.下面将结合附图来描述根据本公开实施例的三维扫描仪200的具体结构和改进。图1示出了三维扫描仪200的外部立体视图，图2示出了三维扫描仪200的侧视图，图3和图4示出了三维扫描仪200的内部结构。如图1至图4所示，总体上，根据本公开实施例的三维扫描仪200包括壳体201、多个图像采集装置202、激光雷达203以及转动云台204。
37.多个图像采集装置202、激光雷达203和转动云台204被容纳在壳体201中。如图1和图2所示，壳体201包括本体和位于本体的底部的底盖。本体包括环形凹入部2011和位于环形凹入部2011在轴向上的一侧的半球形突出部2012。半球形突出部2012用来容纳激光雷达203的至少一部分。半球形突出部2012可以采用使得激光雷达203所发射和接收的电磁波能够无任何阻碍地透过的非金属材料制成。壳体201的本体包括第一突出部分2015和第二突出部分2016。第一突出部分2015设置在环形凹入部2011和半球形突出部2012之间，用于容纳激光雷达203的诸如处理电路以及散热单元等部件。第二突出部分2016设置在环形凹入部2011的轴向上远离半球形突出部2012的另一侧，并且基本上与第一突出部分2015相对于环形凹入部2011对称地布置。第二突出部分2016可以用来容纳三维扫描仪200的主控电路
板等部件。
38.多个图像采集装置202沿环形凹入部2011的周向布置。在环形凹入部2011上可以设置有多个相机窗口2018。多个图像采集装置202的位置与多个相机窗口2018相对应，以使得每个图像采集装置202能够通过对应的相机窗口2018径向向外获取相机视场2022内的对象的图像数据。多个图像采集装置202在壳体201的内部通过安装装置100而保持定位和固定，安装装置100的具体结构将在后文中结合附图来进一步阐述。
39.在图1和图2所示的示例性实施例中，为了更好地保护多个图像采集装置202的镜头模块，环形凹入部2011相对于第一突出部分2015和第二突出部分2016在径向上凹入一定距离，以防图像采集装置202被磕碰或损坏。在一些实施例中，在相机窗口2018处可以设置有诸如玻璃或塑料材料制成的透明覆盖物，从而能够更好地保护图像采集装置202的镜头模块。
40.在一些实施例中，三维扫描仪200还可以包括环境光传感器(未示出)。与之对应地，在环形凹入部2011上还可以设置有与环境光传感器(未示出)的位置对应的光感测窗口2019。布置在壳体201内的在安装装置100上的环境光传感器可以通过光感测窗口2019来检测外部的光线变化和闪烁情况。根据光感测窗口2019所感测的光线变化和闪烁情况，三维扫描仪200可以调整图像采集装置202的参数，从而有助于提高三维扫描仪200的成像质量。
41.在图3示出的壳体201内部的安装装置100和布置在其上的图像采集装置202和转动云台204的正视图以及图4示出的安装装置100的侧视图中，还示意性地示出了以相机法线为中心的相机视场2022和以雷达法线为中心的雷达视场2031。如图3和图4所示，多个图像采集装置202中的多个相机法线被布置在一个面中，该面在下文中将被称为法线面。法线面可以是平面，也可以是圆锥形面。
42.如图3所示，多个图像采集装置202的视场在纵向视场是相互重叠的。在一些实施例中，相邻的两个图像采集装置202的视场的重叠度在10
°
以上。这种布置方式一方面能够便于各个图像采集装置202的参数的标定，从而提高标定精度。图像采集装置202的标定精度影响后续数据处理的效果。因此，控制单元可以利用重叠视场来可靠地标定图像采集装置202的参数，从而提高后续数据处理的处理效果。另一方面，图像采集装置202在边缘处可能存在的图像畸变的情况能够通过图像采集装置202的视场重叠来有效地减轻或消除，从而能够显著提升最终所得到的全景图像的成像效果。
43.为了提高全景图像的成像效果，多个图像采集装置202的多条相机法线1022相交于一个法线交点1023，如图3所示。这种布置方式能够通过消除多个图像采集装置202可能存在的视差并降低全景图像的拼接难度来提高全景图像的成像效果。
44.如图4所示，激光雷达203的雷达视场2031大致呈环锥形区域。本文中所提到的环锥形表示在顶角较大(例如钝角或者大于180
°
)的锥形减去同轴的顶角较小的锥形所形成的形状。应当理解的是，图4所显示的激光雷达203的雷达视场2031只是一个截面形状，雷达视场2031的实际形状是以雷达法线1011为中心将图示的截面形状旋转一周所得到的环锥形形状。另外，图4由于图像尺寸的限制，只是显示了激光雷达203的雷达视场2031和图像采集装置202的相机视场2022的一部分，其中弧形虚线表示雷达视场2031和相机视场2022还可以沿图示的径向方向向外延伸。
45.当然，还应当理解的是，图4所示的激光雷达203的雷达视场2031只是示意性的，并
不旨在限制本公开的保护范围。根据本公开实施例的三维扫描仪200，可以采用具有任意其他视场范围和扫描方式的激光雷达203。例如，在一些实施例中，激光雷达203也可以采用线扫描雷达或者其他任意适当的雷达。
46.根据本公开实施例的三维扫描仪，激光雷达203的雷达视场2031与图像采集装置202的相机视场2022也是部分重叠的，如图4所示。在一些实施例中，雷达视场2031和相机视场2022的重叠区域可以占两个视场中的一个视场的70％。这种布置方式使得可以利用三维扫描仪处于静止状态时所采集的图像数据以及点云数据来对图像采集装置202和激光雷达203进行标定，从而提高标定精度，并进而提升图像数据和点云数据融合的效果。另一方面，这种布置方式也能够促使三维扫描仪能够在某一静止状态下使激光雷达203和图像采集装置202同时(同一时刻)分别采集空间中的某一区域的点云数据和图像数据。该同时采集的点云数据和图像数据后续可以被同时处理以生成关于该区域的具有深度信息的虚拟现实图像。以此方式，能够进一步提高图像采集效率以及图像融合质量。
47.根据本公开实施例的三维扫描仪200的相机法线1022所在的法线面与激光雷达203的雷达法线1011呈非零角度。例如，在图3和图4所示的实施例中，法线面为平面，并且雷达法线1011垂直于法线面。这种布置方式能够使图像采集装置202和激光雷达203的视场不会相互干涉，并由此使得三维扫描仪200的布局更加合理，从而促进三维扫描仪200的小型化。
48.在一些实施例中，如前文中所提到的，相机法线1022所在的法线面也可以是圆锥形面，并且雷达法线1011穿过该圆锥形面的中心线，或者说是与该中心线共线。以此方式，能够使图像采集装置202和激光雷达203的视场不会相互干涉的同时，还能进一步提高图像采集装置202和激光雷达203的视场重叠区域，并进一步促进参数标定和数据融合。
49.在一些实施例中，雷达法线1011穿过多个图像采集装置202的多条相机法线1022相交的法线交点1023。这种布置方式能够有效地减少或者消除图像采集装置202以及激光雷达203之间的视差，从而提升数据处理的效果，减少图像数据和点云数据处理的工作量，并由此得到更好的空间模型。
50.转动云台204能够驱动多个图像采集装置202和激光雷达203沿转动轴线r转动。在一些实施例中，为了能够有效地减轻或者消除图像采集装置202和激光雷达203在绕转动轴线r旋转的过程中可能出现的视差，转动轴线r可以垂直于雷达法线1011并穿过法线交点1023。以此方式，能够降低因视差原因而导致的后续的数据处理工作量，并提升模型的创建效果。
51.安装装置100能够用来确保图像采集装置202和激光雷达203的上述位置关系。在一些实施例中，安装装置100包括主安装支架101和相机安装支架102。图5和图6分别示出了安装装置100的立体视图和分解视图。如图5和图6所示，主安装支架101可以基本呈沿纵向方向延伸的板状，并且在延伸方向上包括两个端部，即，第一端和与第一端相对的第二端。在三维扫描仪200使用过程期间，第一端通常处于顶部，第二端处于底部。
52.主安装支架101包括适于布置激光雷达203的雷达安装部1014。在一些实施例中，雷达安装部1014可以布置在主安装支架101的第一端。为了保证激光雷达203在主安装支架101上的定位精度，在主安装支架101上可以包括激光雷达对齐结构。与之对应地，在激光雷达203上，可以包括对齐结构。在一些实施例中，激光雷达对齐结构可以包括分别具有不同
的截面形状的多个凹坑。多个凹坑的截面形状能够分别与激光雷达203本身上的作为对齐结构的凸起结构的截面形状匹配。通过将激光雷达203的凸起结构至少部分地插入到激光雷达对齐结构中来保证激光雷达203在主安装支架101上的定位精度。随后可以通过适当的紧固件将激光雷达203紧固到主安装支架101上。
53.相机安装支架102整体上呈环形结构。应当理解的是，这里所指的环形结构是指垂直于其轴线的截面形状大致呈环形，该环形不但包括圆环形，还可以包括多边形环形或其他适当的环形形状。相机安装支架102可以通过主安装支架101上的对齐结构(下称第一对齐结构)而精确地安装在主安装支架101上，这将在后文中做进一步阐述。
54.相机安装支架102包括用来安装多个图像采集装置202的多个定位部1021。多个定位部1021在环形结构上沿周向间隔预定距离布置。每个定位部1021可以用来安装一个图像采集装置202。在图1和图2所示的示例中，相机安装支架102可以包括四个安装部，用来分别安装四个图像采集装置202。应当理解的是，这只是示意性的，并不旨在限制本公开的保护范围。定位部1021的数目和图像采集装置202的数目可以根据需要而做出调整，例如，分别为3个或5个或者更多个。
55.在一些实施例中，为了保证图像采集装置202的相机视场2022能够部分重叠，图像采集装置202的相机视场2022的视场角可以根据图像采集装置202的数量而做出调整或选择。在采用四个图像采集装置202的方案中，每个图像采集装置202的视场角可以设置成约99
°
。如果图像采集装置202的数目只有三个，则每个图像采集装置202的视场角可以设置成大于或等于120
°
。如果图像采集装置202有多于4个，则每个图像采集装置202的视场角可以设置成77
°
～80
°
。如果具有更多个(例如6个)图像采集装置202，每个图像采集装置202的视场角可以设置成60
°
。
56.在图像采集装置202出厂时，其视场角就可以被设置成所需的角度。在一些实施例中，图像采集装置202的视场角也可以根据算法来调整。通过算法调整视场角能够将边缘畸变比较严重的地方裁切掉，从而能够进一步提高成像质量。
57.为了便于将图像采集装置202安装到定位部1021中，每个定位部1021可以具有与图像采集装置202的壳体201结构相匹配的适当的形状。例如，在定位部1021的适当位置可以具有与图像采集装置202自身的对齐结构相匹配的相机对齐结构，从而通过将两个对齐结构匹配来保证图像采集装置202在定位部1021的定位精度。
58.相机安装支架102中的多个定位部1021被设置为安装在其中的多个图像采集装置202的相机法线1022相交于法线交点1023。这种布置方式有效地降低了后期各个图像采集装置202的标定以及数据处理的工作量和计算量，并进而能够提高三维扫描仪200的扫描范围和可靠性。例如，如图3和图4所示，安装在定位部1021中的四个图像采集装置202的相机法线1022能够相交于一个位于环形结构的中心地法线交点1023。
59.在一些实施例中，多个图像采集装置202的相机法线1022可以分布在周向上的预定角度范围(例如180
°
～240
°
)。例如，在一些实施例中，多个图像采集装置202的相机法线1022可以分布在周向上的约220
°
的角度范围内。多个图像采集装置202的相机法线1022可以均分该角度。当然，多个图像采集装置202的相机法线1022也可以不均分该角度。但是不管是均分还是不均分，为了利于多个图像采集装置202所获取的图像数据的拼接和标定，多个图像采集装置202中至少相邻的两个图像采集装置202的相机视场2022是重叠的。
60.对于采用纵向视场角约为100
°
的图像采集装置202，四个图像采集装置202能够采集周向上大约320
°
范围内的图像数据。也就是说，在三维扫描仪200处于某一静止状态时，除了底部的少部分区域外，四个图像采集装置202能够采集从前向后基本整个一周的图像数据。在这种情况下，采集整个空间范围内的图像数据只需要使四个图像采集装置202绕旋转轴线r旋转半周(180
°
)即可。与传统的三维扫描仪200相比，根据本公开实施例的三维扫描仪200能够大幅降低采集所需的角度范围，并由此提高扫描效率的同时能够有效地降低多次拼图所带来的误差。
61.前文中提到了相机安装支架102可以通过主安装支架101上的对齐结构(下称第一对齐结构)而精确地安装在主安装支架101上，与之对应地，相机安装支架102可以包括第二对齐结构。第二对齐结构能够与第一对齐结构耦合，来相机安装支架102安装到主安装支架101上时，激光雷达203的雷达法线1011穿过图像采集装置202的相机法线1022的法线交点1023。这种布置方式一方面确保了激光雷达203的雷达法线1011和多个图像采集装置202的相机法线所在的法线面成非零角度，从而有利于三维扫描仪200中各个部件的合理布局以及小型化。另一方面，这种布置方式能够显著降低激光雷达203以及图像采集装置202标定以及后续数据融合的难度，从而提高三维扫描仪200的可靠性。
62.在一些实施例中，雷达安装部1014和相机安装支架102可以分别布置在主安装支架101在第一端上的相对的两侧。在一些实施例中，如图4所示，相机安装支架102可以被布置为与主安装支架101间隔开预定距离，以利于气流在其间流动，从而利于三维扫描仪200中的各个部件的散热。在一些实施例中，主安装支架101还可以包括布置在邻近相机安装支架102的一侧的散热筋(下称第一散热筋1016)。第一散热筋1016可以沿气流的方向延伸，从而利于增加散热面积而利于散热。
63.在一些实施例中，相机安装支架102上，也可以设置多个第二散热筋1024。第二散热筋1024可以设置在环形结构的与定位部1021对应的内表面，由此能够增加散热面积，从而有效地为图像采集装置202散热，来由此提高系统稳定性。在一些实施例中，为了进一步提高散热效率，还可以在主安装支架101和相机安装支架102的适当位置设置用于进一步加快热传递的散热涂层，从而利于三维扫描仪200中各部件的散热。
64.在一些实施例中，为了安装转动云台204，安装装置100还可以包括被布置在主安装支架101的第二端的辅助安装支架103。辅助安装支架103位于相机安装支架102相同的一侧。转动云台204可以包括固定部和能够相对于固定部旋转的云台部2041。固定部通过辅助安装支架103而固定地耦合在主安装支架101上。云台部2041能够耦合至用于支撑三维扫描仪200的三脚架的云台基座上，并且能够在诸如电机等动力部件的驱动下绕旋转轴线r旋转。由于三脚架和云台基座固定不动，并且云台部2041相对于三脚架和云台基座也是固定不动的，则与之转动耦合的固定部以及安装装置100就会绕旋转轴线r转动并带动其上的图像采集装置202和激光雷达203转动。
65.为了进一步降低多个图像采集装置202以及激光雷达203在标定以及数据融合时的难度，安装装置100被驱动而旋转的旋转轴线r可以穿过法线交点1023，如图3和图4所示。以此方式，可以进一步提高三维扫描仪200的可靠性。
66.在一些实施例中，辅助安装支架103可以包括供转动云台204布置在其间一对安装体1031。该一对安装体1031可以具有相同结构并且相对于安装装置100的中心面对称地布
置。安装装置100的中心面即为通过雷达法线1011和转动轴线r的平面，也就是说，雷达法线1011和转动轴线r在中心面内。除了一对安装体1031外，安装装置100的其他部分也都可以相对于中心面具有对称结构。一方面，这有利于安装装置100在旋转时保持平衡。另一方面，这也有利于三维扫描仪200各个部件的安装和调试。
67.在一些实施例中，每个安装体1031可以包括被布置在一对安装体1031的相互靠近的表面上的定位结构1032，来由此确保转动云台204的旋转轴线r能够穿过多个图像采集装置202的相机法线1022的法线交点1023。定位结构1032可以与转动云台204耦合来为转动云台204提供定位。例如，定位结构1032可以包括具有特定排列方式的多个凸起。在转动云台204的适当位置，可以包括多个凸起位置对应的多个凹坑。通过将凸起与凹坑对齐来保证转动云台204的精定位，随后可以通过紧固件将转动云台204安装在安装装置100上。类似地，安装体1031和主安装支架101之间的精定位也可以通过两者之间的相互配合对齐结构。在一些实施例中，主安装支架101可以包括呈板状结构的本体1012和供辅助安装支架103布置在其间的一对侧边肋1013。本体1012大致呈沿延伸方向延伸。一对侧边肋1013相对于中心面对称地布置在本体1012的第二端，并且沿纵向方向延伸。如图4和图5所示，侧边肋1013在用于安装辅助安装支架103的部分，可以具有一致的高度，而随着侧边肋1013从该部分向本体1012的第一端延伸，侧边肋1013的高度可以减缩。这种布置方式利于提高安装装置100的稳定性。
68.在主安装支架101的本体1012上，可以设置有供气流通过的通孔1015。通孔1015能够进一步促进气流在壳体内部的流动，由此有利于促进三维扫描仪200中各部件的散热。图7示出了根据本公开实施例的三维扫描仪200从底部观察时的外部立体视图，其中示出了与底部基本齐平的转动云台204的云台部2041。如前文中所提到的，云台部2041与壳体201的底部(即，底盖)的其他部分能够相对转动。由于云台部2041被固定在具有固定位置的诸如三脚架的支撑装置，因此转动云台204能够通过云台部2041而最终带动安装装置100上的各个部件以及壳体201绕旋转轴线转动，从而实现全空间扫描。
69.此外，为了便于散热，壳体201还包括多处散热孔，如图1、图2、图7和图8中所示。在一些实施例中，如图8所示的后视图所示，壳体201的本体包括布置在前文所提到的第二突出部分2016在环形凹入部2011的轴向上的端部的第一通风孔2013。第一通风孔2013可以具有多个小孔，每个小孔可以具有预定的截面形状。多个小孔能够有效通风的同时有效地防止异物进入壳体201内部。在一些实施例中，在壳体201的内部与第一通风孔2013对应的位置可以设置有风扇。
70.在一些实施例中，壳体201的本体还包括形成在半球形突出部2012的周围的第二通风孔2014，如图1和图7所示。除此之外，为了进一步促进气流在壳体内的流动，在壳体201的底盖还可以设置有第三通风孔2017。随着风扇的运转，气流能够从第二通风孔2014和第三通风孔2017进入壳体201内部，并带走壳体内各部件所产生的热量后从第一通风孔2013排出。以此方式，能够为三维扫描仪200内部的各个部件提供更加有效散热，并由此提高三维扫描仪200的可靠性。
71.以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨
在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

技术特征：
1.一种三维扫描仪，包括：安装装置(100)，包括呈环形结构的相机安装支架(102)和位于所述相机安装支架(102)的轴向上的一侧的雷达安装部；多个图像采集装置(202)，布置在所述相机安装支架(102)上，并且适于各自沿所述相机安装支架(102)的径向方向向外获取相机视场(2022)内的对象的图像数据，所述相机视场(2022)各自以相机法线(2021)为中心，并且所述多个相机视场(2022)部分重叠；以及激光雷达(203)，被布置在所述雷达安装部上，并且适于获取雷达视场(2031)内的对象的点云数据，所述雷达视场(2031)以雷达法线(1011)为中心，所述雷达法线(1011)与所述多条相机法线(2021)所在的法线面呈非零角度，并且所述雷达视场(2031)与所述多个相机视场(2022)部分重叠。2.根据权利要求1所述的三维扫描仪，其中所述相机安装支架(102)包括沿周向排布的多个定位部(1021)，所述多个定位部(1021)适于定位安装所述多个图像采集装置(202)，以使得所述多个图像采集装置(202)的多条相机法线(2021)相交于法线交点(1023)。3.根据权利要求2所述的三维扫描仪，其中所述雷达安装部包括第一雷达对齐部，并且所述激光雷达(203)包括第二雷达对齐部，所述第一雷达对齐部适于与所述第二雷达对齐部耦合以将所述激光雷达(203)定位安装于所述雷达安装部上，并且所述激光雷达(203)的雷达法线(1011)穿过所述法线交点(1023)。4.根据权利要求3所述的三维扫描仪，其中所述安装装置(100)还包括：主安装支架(101)，包括第一相机对齐结构，并且其中所述相机安装支架(102)包括位于轴向上的一端的第二相机对齐结构，所述第二相机对齐结构适于与所述第一相机对齐结构耦合以将所述相机安装支架(102)耦合至所述主安装支架(101)。5.根据权利要求1所述的三维扫描仪，其中所述多个所述图像采集装置(202)的所述相机法线(1022)所在的法线面为平面，并且所述雷达法线(1011)垂直于所述法线面。6.根据权利要求1所述的三维扫描仪，其中所述多个所述图像采集装置(202)的所述相机法线(1022)所在的法线面为圆锥面，并且所述雷达法线(1011)与所述圆锥面的中心线共线。7.根据权利要求2-6中任一项所述的三维扫描仪，其中所述多个图像采集装置(202)被周向地布置在所述相机安装支架(102)的大于180
°
的范围内。8.根据权利要求4所述的三维扫描仪，所述安装装置(100)还包括：辅助安装支架(103)，被布置在所述主安装支架(101)上与所述雷达安装部相对的端部，并且其中所述三维扫描仪还包括：转动云台(204)，经由所述辅助安装支架(103)而被布置在所述安装装置(100)上，并且适于驱动所述多个图像采集装置(202)和所述激光雷达(203)沿转动轴线(r)转动，所述转动轴线(r)垂直于所述雷达法线(1011)并穿过所述法线交点(1023)。9.根据权利要求8所述的三维扫描仪，其中所述辅助安装支架(103)包括：一对安装体(1031)，基于所述安装装置(100)的中心面对称地布置，以供所述转动云台(204)布置在其间。
10.根据权利要求8所述的三维扫描仪，还包括：壳体(201)，适于容纳所述安装装置(100)、所述多个图像采集装置(202)、所述激光雷达(203)和所述转动云台(204)，并且包括本体，本体包括环形凹入部(2011)和被布置在所述环形凹入部(2011)的轴向上的一侧的半球形突出部(2012)，所述环形凹入部(2011)包括多个相机窗口(2018)，其中所述多个图像采集装置(202)被布置在所述多个相机窗口(2018)对应的位置以通过所述多个相机窗口(2018)获取所述相机视场(2022)内的图像数据，并且所述激光雷达(203)被布置在所述半球形突出部(2012)中。11.根据权利要求10所述的三维扫描仪，其中所述本体还包括：第一突出部分(2015)，位于所述环形凹入部(2011)和所述半球形突出部(2012)之间；以及第二突出部分(2016)，位于所述环形凹入部(2011)在轴向上远离所述第一突出部分(2015)的一侧，并且其中所述环形凹入部(2011)相对于所述第一突出部分(2015)和所述第二突出部分(2016)在径向上凹入预定距离。12.根据权利要求11所述的三维扫描仪，其中所述本体还包括：第一通风孔(2013)，被布置在所述第二突出部分(2016)在所述环形凹入部(2011)的轴向上的端部。13.根据权利要求11所述的三维扫描仪，其中所述本体还包括：第二通风孔(2014)，被形成在所述第一突出部分(2015)上，位于所述半球形突出部(2012)的周围。14.根据权利要求10所述的三维扫描仪，所述壳体(201)还包括：底盖，布置在所述本体在纵向上远离所述环形凹入部(2011)的底部，并且具有第三通风孔(2017)。15.根据权利要求14所述的三维扫描仪，所述转动云台(204)包括：云台部(2041)，适于从所述底盖的开口暴露于外部，并与所述底盖齐平，所述云台部(2041)适于与固定部件耦合，以将所述三维扫描仪固定在所述固定部件上。16.根据权利要求10-14中任一项所述的三维扫描仪，其中所述主安装支架(101)包括供气流通过的通孔。

技术总结
本公开实施例提供了一种三维扫描仪。该三维扫描仪包括安装装置，包括呈环形结构的相机安装支架和位于相机安装支架的轴向上的一侧的雷达安装部；多个图像采集装置，布置在相机安装支架周向上，并且适于各自沿相机安装支架的径向方向向外获取相机视场内的对象的图像数据，相机视场各自以相机法线为中心，并且多个相机视场部分重叠；以及激光雷达，被布置在雷达安装部上，并且适于获取雷达视场内的对象的点云数据，雷达视场以雷达法线为中心，雷达法线与多条相机法线所在的法线面呈非零角度，并且雷达视场与多个相机视场部分重叠。通过雷达视场与多个相机视场部分重叠，能够提升标定参数的精度，减少误差，提升数据处理的效果。提升数据处理的效果。提升数据处理的效果。


技术研发人员：刘俊霞 孙海涛
受保护的技术使用者：北京有竹居网络技术有限公司
技术研发日：2023.03.03
技术公布日：2023/8/24