本实用新型涉及三维重建领域，更具体地涉及一种激光雷达三维扫描相机。
背景技术：
现有的室内三维重建扫描仪包括结构光相机和激光雷达扫描相机。结构光相机的可视距离较短，误差较大；激光雷达扫描相机的可视距离长(可达百米以上)，精度高，扫描慢，多用于工业使用。激光雷达扫描相机通常都是价值高昂的工业作业设备，很少有消费级的设备，其工作原理大体是设备架设在三脚架上，激光雷达和彩色相机朝向同一个方向观测，设备底部通过电机带动旋转360°，即得到一个点位的全景点云和全景照片，通过标定的参数进行融合即可得到彩色点云，经多点融合处理后就可以得到建筑的三维模型。然而，一方面，现有的激光雷达三维扫描设备造价高昂，作业时间长，多为工业级应用；另一方面，激光雷达和彩色相机朝同一方向分布，这就导致设备的高度较高或宽度较大，设备尺寸较大。这两方面原因导致现在的激光雷达三维扫描相机很难大规模消费级使用。
因此，在本领域中，亟需一种结构设计体积小、重量轻、拍摄效率高的三维重建设备，便于在房屋展示、装修量房等消费场景大规模使用。
技术实现要素：
为了解决上述现有技术中的问题，本实用新型提出了一种激光雷达三维扫描相机，其包括壳体以及安装在所述壳体中的相机和激光雷达，其中，所述相机具有围绕其主光轴形成的视野，所述激光雷达具有沿着其扫描平面形成的视野，并且所述壳体设有供所述相机的视野穿过的相机开口和供所述激光雷达的视野穿过的雷达开口，其中，
所述相机的主光轴和所述激光雷达的扫描平面围绕竖直方向彼此错开一角度，以使得所述相机与所述激光雷达处于彼此的视野之外。
可选地，所述相机的主光轴沿着水平方向延伸，并且所述激光雷达的扫描平面是一个或多个竖直平面。
可选地，所述激光雷达在所述相机的上方，并且所述激光雷达和所述相机在竖直方向上部分地重叠。
可选地，所述相机和所述激光雷达在竖直方向上相邻。
可选地，所述相机的主光轴和所述激光雷达的扫描平面之间的所述角度在70°至110°之间。
可选地，所述相机的主光轴和所述激光雷达的扫描平面之间的所述角度为90°。
可选地，所述壳体具有在所述相机开口的上下两侧形成的一对平坦外表面，其中，所述一对平坦外表面与所述相机开口相邻并且彼此之间具有至少等于150°的夹角。
可选地，所述雷达开口以至少等于150°的角度围绕所述激光雷达延伸。
可选地，所述雷达开口围绕所述激光雷达延伸超过所述激光雷达的正上方。
可选地，所述激光雷达三维扫描相机还包括固定在所述壳体中的框架，其中，所述相机和所述激光雷达均被安装在所述框架上。
本实用新型可以体现为附图中的示意性实施方式。然而，应注意的是，附图仅仅是示意性的，任何在本实用新型的教导下所设想到的变化都应被视为包括在本实用新型的范围内，并且本实用新型的范围仅仅通过所附权利要求来限定。
附图说明
附图示出了本实用新型的示例性实施方式。这些附图不应被解释为必然地限制本实用新型的范围。通篇相同的数字和/或类似的附图标记可指相同和/或类似的元件。在各个附图中：
图1是根据本实用新型的激光雷达三维扫描相机的示意性立体图；
图2是根据本实用新型的激光雷达三维扫描相机的示意性立体图，其中壳体被移除以便示出内部部件；
图3是根据本实用新型的激光雷达三维扫描相机的示意性立体图，其中壳体被部分地移除以便示出内部部件；
图4是根据本实用新型的激光雷达三维扫描相机的示意性俯视图；以及
图5是根据本实用新型的激光雷达三维扫描相机的示意性侧视图。
具体实施方式
本实用新型的各个方面和优点将从以下参考附图给出的描述中变得显而易见，其中，附图中示出了本实用新型的示例性实施方式。然而，本实用新型可以实现为许多不同的形式并且不应解释为必然地限制于这里示出公开的示例性实施方式。相反，这些示例性实施方式仅仅被提供用于说明本实用新型以及向本领域的技术人员传递本实用新型的理念。
下面将参考各个附图详细描述根据本实用新型的激光雷达三维扫描相机的非限制性的实施方式。在各个附图中，图1是根据本实用新型的激光雷达三维扫描相机的示意性立体图；图2是根据本实用新型的激光雷达三维扫描相机的示意性立体图，其中壳体被移除以便示出内部部件；图3是根据本实用新型的激光雷达三维扫描相机的示意性立体图，其中壳体被部分地移除以便示出内部部件；图4是根据本实用新型的激光雷达三维扫描相机的示意性俯视图；图5是根据本实用新型的激光雷达三维扫描相机的示意性侧视图。在各个附图中，以箭头“vv’”示出了竖直方向，然而在本文中使用“竖直方向vv’”仅仅是出于参考附图更直观地描述本实用新型的技术方案的目的，其不应以任何方式解释成是对本实用新型的保护范围的限制。
参考图1和图2，根据本实用新型的激光雷达三维扫描相机主要包括壳体100以及安装在壳体100中的相机200和激光雷达300，其中，所述相机200具有围绕其主光轴xx’形成的相机视野cvf(例如锥形视野)，所述相机200能够采集落入其相机视野cvf中的周围环境的图像(下文中简称为环境图像)，显然，该环境图像能够反映周围环境的外观或样貌，而所述激光雷达300能够在其扫描平面sp上发射激光信号并接收返回的激光信号，也就是说，所述激光雷达300具有沿着其扫描平面sp形成的雷达视野rvf，通过对比发射信号和返回信号的参数，所述激光雷达300能够确定周围环境落在扫描平面sp上的点相对于所述激光雷达300的方位，也就是说所述激光雷达300能够生成周围环境落在扫描平面sp上的带有方位信息的点(下文中简称为环境点云)，而利用环境点云即可对环境的结构进行建模，从而生成环境的结构模型。进一步地，通过将反映环境外观的环境图像与反映环境方位的环境点云(即，环境的结构模型)相结合，能够赋予结构模型以图像或者外观，从而生成环境模型。更进一步地，当例如使用电机围绕竖直方向vv’以360°旋转壳体100时，相机200的相机视野cvf和激光雷达300的扫描平面sp也将围绕竖直方向vv’旋转360°，从而使得相机200将围绕竖直方向vv’生成360°的环境图像、即全景图像，而激光雷达300将围绕竖直方向vv’生成360°的环境点云、即全景点云，并进一步生成全景三维结构模型。然后，通过将全景图像与全景三维结构模型相结合，能够实现对周围环境进行全景三维建模，也即获得周围环境的全景三维模型。
可选地，为了便于后续处理(例如环境图像与结构模型的结合)，相机200的主光轴xx’沿着一水平方向延伸，激光雷达300的扫描平面sp是一个或多个竖直平面。
然而，如上所述，相机200需要生成落入其相机视野cvf中的周围环境的图像，而激光雷达300需要在其扫描平面sp上发射和接收激光信号。因此，为了避免相机200和激光雷达300相互干扰且都能获得足够大的竖直方向vv’视角，如图2和图3所示，相机200与激光雷达300彼此错开，更具体地，相机200的主光轴xx’与激光雷达300的扫描平面sp围绕竖直方向vv’错开一角度
可选地，如图2和图3所示，激光雷达300处于相机200的上方，并且激光雷达300和相机200在竖直方向vv’上部分地重叠。以这种方式，可以减小所述激光雷达三维扫描相机在水平方向上的尺寸。
进一步可选地，如图2和图3所示，相机200和激光雷达300在竖直方向vv’上相邻。以这种方式，不仅可以减小所述激光雷达三维扫描相机在水平方向上的尺寸，而且可以减小所述激光雷达三维扫描相机在竖直方向上的尺寸。
可选地，相机200的主光轴xx’和激光雷达300的扫描平面sp之间的角度
可选地，如图1所示，壳体100设有供相机200的相机视野cvf穿过的相机开口110，并且壳体100还具有在相机开口110的上下两侧形成的一对平坦外表面120、130，其中，所述一对平坦外表面120、130与相机开口110相邻并且彼此之间具有至少等于150°的夹角θ。以这种方式，由于所述一对平坦外表面120、130在相机开口110的上下两侧与所述相机开口110相邻，因此所述一对平坦外表面120、130将在竖直方向vv’上限定相机200的视角β(如图2所示)，进一步地，由于所述一对平坦外表面120、130彼此之间具有至少等于150°的夹角θ，因此，相机200将在竖直方向vv’上具有至少等于150°的视角β，从而可以更完整地收集周围环境的图像。
进一步可选地，如图1所示，所述一对平坦外表面120、130关于相机200的主光轴xx’对称地布置。
可选地，如图3-图5所示，壳体100还设有供激光雷达300的扫描平面sp(即，雷达视野rvf)穿过的雷达开口140，其中，所述雷达开口140以至少等于150°的角度围绕激光雷达300延伸。以这种方式，由于雷达开口140围绕激光雷达300延伸了至少150°的角度，因此，激光雷达300的扫描平面sp能够在至少150°的角度范围内穿过壳体100，从而使得激光雷达300在竖直方向vv’上能够在至少150°的角度范围内发射和接收激光信号，换言之，使得激光雷达300在竖直方向vv’上具有至少150°的视角α(如图3所示)，因此激光雷达300可以在竖直方向vv’上以至少150°的角度范围生成环境点云，从而可以更完整地生成环境结构模型。
进一步可选地，如图3-图5所示，雷达开口140围绕激光雷达300延伸超过激光雷达300的正上方。以这种方式，激光雷达300可以生成其正上方的环境的环境点云，并由此可以构建出更加完整的环境结构模型。
可选地，如图2和图3所示，所述激光雷达三维扫描相机还包括安装在壳体100中的电机400，其中，所述电机400被配置用于驱动所述激光雷达三维扫描相机围绕竖直方向vv’或者说水平地(更具体地，以360°的角度)旋转。例如，在将激光雷达三维扫描相机装配到三脚架上之后，电机400可以驱动激光雷达三维扫描相机相对于三角架水平旋转，从而生成周围环境的全景三维模型。然而，本领域技术人员可以理解的是，电机也可以设置在三脚架上而非设置在激光雷达三维扫描相机中。
可选地，如图2和图3所示，所述激光雷达三维扫描相机还包括固定在壳体100中的框架500，其中，所述相机200和所述激光雷达300以及所述电机400(如果有的话)均被安装在框架500上。以这种方式，由于相机200、激光雷达300和电机400(如果有的话)均被安装在同一框架500上，因此可以通过设计框架500的结构方便地调整相机200和激光雷达300的方位，在生产过程中便于进行整体的标定，并且标定完成后可以通过框架500方便地将相机200、激光雷达300和电机400(如果有的话)装配至壳体100中。所述的标定包括相机200的内部参数包括焦距、成像中心和畸变，激光雷达300和相机200的相对位置和姿态，电机400的旋转轴轴向。这些标定在生成高精度的三维彩色点云模型过程中是必不可少的。
可选地，所述相机200是彩色相机。以这种方式，可以生成周围环境的彩色全景三维模型，从而更逼真地还原、呈现周围环境。
此外，所述激光雷达三维扫描相机还包括安装在壳体100中的主板以及设置在所述主板上的运算单元、存储单元、通信模块(例如，wifi模块)以及电源模块(例如，锂电池)等。
以上借助于附图详细描述了根据本实用新型的激光雷达三维扫描相机的优选但非限制性的实施方式。对于本领域内的那些普通技术人员来说，在不偏离如下面的权利要求所阐述的本公开的范围和实质的情况下，对技术和结构的修改和补充显然都应视为包括在本实用新型的范围内。因此，在本实用新型的教导下所能设想到的这些修改和补充都应被视为本公开的一部分。本公开的范围通过以下所附的权利要求限定，并且包括在本公开的申请日时已知的等效技术和尚未预见的等效技术。
1.一种激光雷达三维扫描相机，其包括壳体(100)以及安装在所述壳体(100)中的相机(200)和激光雷达(300)，其中，所述相机(200)具有围绕其主光轴(xx’)形成的视野，所述激光雷达(300)具有沿着其扫描平面(sp)形成的视野，并且所述壳体(100)设有供所述相机(200)的视野穿过的相机开口(110)和供所述激光雷达(300)的视野穿过的雷达开口(140)，所述激光雷达三维扫描相机的特征在于，
所述相机(200)的主光轴(xx’)和所述激光雷达(300)的扫描平面(sp)围绕竖直方向(vv’)彼此错开一角度
2.根据权利要求1所述的激光雷达三维扫描相机，其特征在于，所述相机(200)的主光轴(xx’)沿着水平方向延伸，并且所述激光雷达(300)的扫描平面(sp)是一个或多个竖直平面。
3.根据权利要求1所述的激光雷达三维扫描相机，其特征在于，所述激光雷达(300)在所述相机(200)的上方，并且所述激光雷达(300)和所述相机(200)在竖直方向(vv’)上部分地重叠。
4.根据权利要求3所述的激光雷达三维扫描相机，其特征在于，所述相机(200)和所述激光雷达(300)在竖直方向(vv’)上相邻。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的激光雷达三维扫描相机，其特征在于，所述相机(200)的主光轴(xx’)和所述激光雷达(300)的扫描平面(sp)之间的所述角度
6.根据权利要求5所述的激光雷达三维扫描相机，其特征在于，所述相机(200)的主光轴(xx’)和所述激光雷达(300)的扫描平面(sp)之间的所述角度
7.根据权利要求1至4中的任一项所述的激光雷达三维扫描相机，其特征在于，所述壳体(100)具有在所述相机开口(110)的上下两侧形成的一对平坦外表面(120、130)，其中，所述一对平坦外表面(120、130)与所述相机开口(110)相邻并且彼此之间具有至少等于150°的夹角(θ)。
8.根据权利要求1至4中的任一项所述的激光雷达三维扫描相机，其特征在于，所述雷达开口(140)以至少等于150°的角度围绕所述激光雷达(300)延伸。
9.根据权利要求8所述的激光雷达三维扫描相机，其特征在于，所述雷达开口(140)围绕所述激光雷达(300)延伸超过所述激光雷达(300)的正上方。
10.根据权利要求1至4中的任一项所述的激光雷达三维扫描相机，其特征在于，所述激光雷达三维扫描相机还包括固定在所述壳体(100)中的框架(500)，其中，所述相机(200)和所述激光雷达(300)均被安装在所述框架(500)上。
技术总结