Сканер для получения панорамных снимков и трехмерных моделей окружающего пространства

Предлагаемое техническое решение относится к области компьютерной графики и компьютерного зрения, в частности к системе трехмерной реконструкции окружающего пространства.
Существующие методы сбора трехмерной информации являются дорогостоящими и требуют сложных аппаратных средств, таких, как технология идентификации и определения дальности с помощью света Лидар (транслитерация LIDAR англ. Light Identification Detection and Ranging).
Стремительное развитие в области электроники поспособствовало появлению недорогих сенсоров глубины, которые не только фиксируют данные о геометрии, но и о цвете. Информацию о геометрии (облака точек трехмерной сцены), можно получить используя такие технологии трехмерного сканирования, как Structured Light (структурированный свет) и/или ToF (время полета сигнала). Например, на таких принципах построены устройства сбора трехмерных данных (сенсоры глубины, глубины и цвета) корпорации Microsoft Kinect ™, Apple PrimeSense ™ Ltd Carmine, Asus Xtion, Intel RealSense и т.п.Применение таких сенсоров позволило большинству технически не подготовленных пользователей с легкостью получать множество трехмерных изображений и автоматически восстанавливать трехмерную сцену, внешний вид объектов окружающего пространства.
В качестве прототипа заявляемого сканера для получения панорамных снимков и трехмерных моделей окружающего пространства выбрано известное из уровня техники техническое решение (патент США US 9324190 В2, опубл. 26.04.2016, МПК H04N 13/00, H04N 13/02, G06T 19/20), содержащее камеру высокого разрешения и сенсор глубины. Блок исполнения, обработки и сбора данных позволяет осуществлять выравнивание полученных изображений для их «сшивки». Также в известном техническом решении для вращения устройства применяется электродвигатель.
Недостатками данного технического решения являются низкое качество полученной трехмерной модели, неточные значение степени яркости или значения цветности полученных трехмерных сцен (например, RGB или HSY). Также отсутствует возможность получения цветных панорамных снимков высокого разрешения удовлетворяющих критериям интерьерной съемки (например, цветопередача максимально близкая к оригиналу) с широким динамическим диапазоном (HDR).
Техническая проблема, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в создании высокоточного и удобного в эксплуатации сканера для получения панорамных снимков и трехмерных моделей окружающего пространства.
Технический результат, достигаемый при решении технической проблемы, заключается в повышении точности получаемых панорамных снимков и трехмерных моделей окружающего пространства, а также в расширении ассортимента сканеров для получения панорамных снимков и трехмерных моделей окружающего пространства.
Технический результат достигается за счет того, что сканер для получения панорамных снимков и трехмерных моделей окружающего пространства содержит корпус, имеющий основание, играющее роль базовой плоскости и к которому жестко крепятся все остальные элементы сканера, блок позиционирования, включающий в себя червячный редуктор и шаговый двигатель, камеру высокого разрешения, включающую в себя RGB матрицу и объектив типа «рыбий глаз», причем главная оптическая ось камеры расположена параллельно базовой плоскости, а сама камера выполнена с возможностью съемки в широком динамическом диапазоне и настройкой баланса белого непосредственно в процессе съемки без его прерывания, сенсор глубины, сконфигурированный производить сбор трехмерных данных как внутри, так и снаружи помещений, курсовертикаль, выполненную с возможностью определения углового положения сканера, бортовой вычислительный блок, на который поступают данные от камеры, сенсора глубины и курсовертикали, и выполненный с возможностью сбора, обработки и последующей передачи данных клиентскому устройству, аккумуляторную батарею, и плату питания и коммутации, выполненную с возможностью обеспечения питания и связи между собой камеры, сенсора глубины, курсовертикали, аккумуляторной батареи, блока позиционирования и бортового вычислительного блока.
За счет жесткого размещения конструктивных элементов в сканере друг относительно друга и относительно основания корпуса обеспечивается повышенная точность получаемых изображений, т.к. облегчается процесс «сшивания» панорамных снимков.
За счет наличия камеры высокого разрешения с фиксированной главной оптической осью и выполненной с возможностью съемки с высоким динамическим диапазоном и настройкой баланса белого непосредственно в процессе съемки без его прерывания повышается точность передачи цвета, уровня освещенности и баланса белого, что, в свою очередь, сказывается на повышении точности получаемых трехмерных моделей.
Наличие сканера глубины, работающего независимо от условий окружающей среды в комбинации с камерой высокого разрешения, обеспечивает высокую точность, в том числе высокую точность информации о взаиморасположении окружающих предметов, получаемых трехмерных моделей.
Курсовертикаль обеспечивает точность отображения углов на получаемых трехмерных моделях.
Наличие блока позиционирования позволяет делать снимки окружающего пространства без лишнего перемещения сканера, что также сказывается на точности получаемых снимков и трехмерных моделей.
Бортовой вычислительный блок собирает и обрабатывает данные, полученные от камеры, сенсора глубины и курсовертикали, соотнося их между собой. После обработки бортовой вычислительный блок передает полученный результат клиентскому устройству для визуализации, что также сказывается на точности получаемых трехмерных моделей, т.к. не требуется сложная ручная обработка получаемых данных, которая может привнести дополнительные погрешности в результат.
Наличие блока питания с аккумуляторной батареей позволяет своевременно заменять аккумуляторы в процессе работы сканера без его отключения, что также сказывается на точности съемки, т.к. исключаются лишние работы по «сшивке» снимков из-за отключения оборудования.
Далее настоящая полезная модель поясняется фигурой 1, на которой изображен пример варианта осуществления сканера для получения панорамных снимков и трехмерных моделей.
На фиг. 1 изображены схематичные чертежи одного из вариантов осуществления сканера. Камера 1 высокого разрешения включает в себя RGB матрицу и объектив типа «рыбий глаз». Ее главная оптическая ось расположена параллельно базовой плоскости, роль которой играет основание корпуса 8. Камера 1 может быть выполнена с возможностью съемки в широком динамическом диапазоне, при этом настройка баланса белого осуществляется непосредственно в процессе съемки и без его прерывания. Сенсор глубины 2 производит сбор трехмерных данных. Он должен быть расположен для обеспечения максимального угла обзора, предусмотренного его конструкцией. Например, в качестве сенсора глубины может быть выбран LIDAR Hokuyo UTM-30 LX. Курсовертикаль 3 позволяет определять угловое положение сканера. Данные от камеры 1, сенсора глубины 2 и курсовертикали 3 поступают на бортовой вычислительный блок 4, который позволяет собирать, обрабатывать и далее передавать данные клиентскому устройству посредством проводной или беспроводной связи. Блок позиционирования 6 может включать в себя червячный редуктор и шаговый двигатель и отвечает за поворот сканера. Плата питания и коммутации 5 обеспечивает питание камеры 1, сенсора глубины 2, курсовертикали 3, бортового вычислительного блока 4 и блока позиционирования 6 от аккумуляторной батареи 7, а также их связи между друг другом. Все вышеотмеченные конструктивные элементы сканера жестко закрепляются на основании корпуса 8 сканера.
Сканер для получения панорамных снимков и трехмерных моделей окружающего пространства работает следующим образом.
Оператор выбирает местность/помещение для построения трехмерной модели окружающего пространства, выбирает предполагаемую первую точку съемки и планирует дальнейший маршрут. После установки сканера оператор его включает, используя клиентское устройство подключается к нему и дает команду производить съемку местности или помещения. Сканер осуществляет сбор данных камерой, сканером глубины и курсовертикалью, обрабатывает их бортовым вычислительным блоком. При необходимости, сканер при помощи блока позиционирования поворачивается и снова осуществляет съемку. Далее бортовой вычислительный блок обрабатывает полученные данные и передает их клиентскому устройству для визуализации и контроля. При наличии в построенном маршруте нескольких точек съемки оператор переставляет сканер на следующую точку съемки и процесс сбора данных повторяется. Конечны результатом является получение полной, точной трехмерной модели окружающего пространства.
Предложенное техническое решение можно реализовать в промышленном производстве оборудования, в деятельности организаций, нуждающихся в применении трехмерной реконструкции, документирования окружающего пространства. Предлагаемое техническое решение также может быть использовано риэлтерскими агентствами для повышения интереса и спроса к предлагаемым объектам недвижимости. Стандартные методы продвижения и описания объектов недвижимости, такие как интерьерная фото съемка, могут быть дополнены или полностью заменены виртуальным туром по трехмерной модели и/или панорамными снимками высокого качества. Применение в таком виртуальном туре трехмерной модели объекта недвижимости и/или местности позволит произвести обмеры, возможную перепланировку, что позволит получить дополнительные конкурентные преимущества перед стандартными методами презентации объектов недвижимости.