СКАНЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПАНОРАМНЫХ СНИМКОВ И ТРЕХМЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ ОКРУЖАЮЩЕГО ПРОСТРАНСТВА

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Предлагаемое техническое решение относится к области компьютерной графики и компьютерного зрения, в частности к системе трехмерной реконструкции окружающего пространства.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
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).
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
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, а также расширении арсенала сканирующих средств.
Технический результат, достигаемый при решении технической проблемы, заключается в повышении точности получаемых панорамных снимков и трехмерных моделей окружающего пространства.
Дополнительный технический результат заключается в реализации назначения устройства и расширении арсенала средств для получения панорамных снимков и трехмерных моделей окружающего пространства.
Технический результат достигается за счет предлагаемой конструкции сканера для получения панорамных снимков и трехмерных моделей окружающего пространства, который содержит корпус, имеющий основание, играющее роль базовой плоскости, и содержащий зафиксированные сборочными операциями:
блок позиционирования, включающий в себя редуктор и шаговый двигатель, обеспечивающие поворот сканера вокруг вертикальной оси;
HDR камеру высокого разрешения с RGB матрицей и объективом, обеспечивающим широкий угол съемки, причем главная оптическая ось камеры расположена параллельно базовой плоскости;
сенсор глубины, выполненный с возможностью получения трехмерных данных окружающего пространства;
курсовертикаль, выполненную с возможностью определения углового положения сканера;
датчик угла поворота, выполненный с возможностью регистрации угла поворота корпуса сканера относительно вертикальной оси;
вычислительный блок, выполненный с возможностью получения и обработки данных от камеры, сенсора глубины, курсовертикали, датчика угла поворота, и их передачи на внешнее устройство;
дисплей;
съемную аккумуляторную батарею, и
плату питания и коммутации, выполненную с возможностью обеспечения питания и связи между собой элементов сканера.
В одном из примеров реализации сканера объектив камеры является объективом типа «рыбий глаз».
В другом примере реализации сканера камера выполнена с возможностью настройки баланса белого непосредственно в процессе съемки без его прерывания.
В другом примере реализации сканера вычислительный блок обеспечивает передачу данных на внешнее устройство по проводному или беспроводному каналу передачи данных.
В другом примере реализации сканера дисплей выполняется сенсорным.
В другом примере реализации сканера корпус выполнен пылевлагозащищенным.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 иллюстрирует общую схему сканера.
Фиг. 2 иллюстрирует общий вид заявленного сканера.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
На фиг. 1 представлена схема сканера (10) для съемки панорамных изображений и построения трехмерных моделей окружающего пространства. На фиг. 2 представлен общий вид заявленного сканера.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства сканера (10). Все элементы сканера (10), формирующие его аппаратно-функциональное исполнение, размещаются в корпусе, внутри которого с помощью сборочных операций фиксируются, образуя конструктивно-функциональную взаимосвязь в рамках единого устройства. Корпус может иметь различную форму, в частности прямоугольную, форму параллелепипеда и т.п., а также выполняться пылевлагозащищенным, что обеспечивает дополнительную эффективность съемки в различных местах размещения сканера (10).
Сканер (10) содержит камеру (101) высокого разрешения (или HDR камера), которая выполняется на основании RGB матрицы. Камера (101) обеспечивает захват панорамных изображений окружающего пространства. Объектив камеры обеспечивает широкоугольный или сверхширокоугольный угол съемки (широкоугольный или сверхширокоугольный объектив), например, может выполняться конструкцией «рыбий глаз» (от англ. Fish eye), или любого другого типа, обеспечивающего требуемый диапазон съемки. Камера (101) установлена в корпусе таким образом, что ее оптическая ось находится параллельно базовой плоскости, роль которой играет основание корпуса (нижняя поверхность корпуса). Камера (101) обеспечивает возможность съемки в широком динамическом диапазоне (HDR), при этом настройка баланса белого осуществляется непосредственно в процессе съемки и без его прерывания.
За счет использования HDR камеры (101) с фиксированной главной оптической осью и выполненной с возможностью съемки в широком динамическом диапазоне достигается повышение точности получаемых трехмерных моделей окружающего пространства.
Дополнительно на указанный эффект также влияет обеспечение функции по настройке баланса белого непосредственно в процессе съемки без его прерывания, что дополнительно повышает точность передачи цвета, уровня освещенности и баланса белого.
Сенсор глубины (102) производит сбор трехмерных данных окружающего пространства и располагается в сканере (10) таким образом, что обеспечивается максимально возможный угол обзора, предусмотренный его конструкцией. Например, в качестве сенсора глубины может быть выбран LIDAR Hokuyo UTM-30 LX. Наличие сенсора глубины, работающего независимо от условий окружающей среды в комбинации с камерой (101), обеспечивает высокую точность, в том числе высокую точность информации о взаиморасположении окружающих предметов, получаемых трехмерных моделей с помощью получаемых облаков точек в процессе съемки.
Сканер (10) также содержит курсовертикаль (103), обеспечивающую определение углового положения сканера (10), что необходимо для обеспечения точности отображения углов на получаемых трехмерных моделях.
Датчик угла поворота (104) позволяет в любой момент времени с высокой точностью определить угол поворота сканера вокруг вертикальной оси относительно его ориентации в предыдущие моменты, что позволяет повысить точность формируемых трехмерных моделей за счет более точной сшивки получаемых облаков точек и панорамных снимков.
Получаемые данные в процессе съемки сканером (10), в частности данные, получаемые от камеры (101), сенсора глубины (102), курсовертикали (103) и датчика угла поворота (104) поступают на бортовой вычислительный блок (105), который позволяет собирать, обрабатывать и далее передавать данные внешнему клиентскому устройству посредством проводного или беспроводного канала передачи данных, например, Bluetooth, Wi-Fi, Ethernet, USB и т.п. Вычислительный блок (105) содержит необходимые средства для выполнения вычислительных операций, например, по меньшей мере один процессор (или микроконтроллер), средство хранения данных в виде оперативной памяти (ОЗУ), а также одно или несколько средств постоянного хранения данных (ПЗУ), интерфейсы для подключения к внешнему клиентскому устройству и средство для приема и передачи информации по беспроводному каналу.
После обработки бортовой вычислительный блок (105) передает полученный результат клиентскому устройству (компьютер, смартфон или планшет) для визуализации, что обеспечивает точное формирование трехмерных моделей окружающего пространства в автоматическом режиме и не требует сложной ручной обработки получаемых данных, которая может привнести дополнительные погрешности в результат.
Перемещение сканера (10) вокруг вертикальной оси выполняется с помощью блока позиционирования (106), который выполнен в виде редуктора и шагового двигателя. Наличие блока позиционирования (106) позволяет делать снимки окружающего пространства без лишнего перемещения сканера, что также сказывается на точности получаемых снимков и трехмерных моделей.
Сканер (10) также содержит дисплей (107), например, ЖК-дисплей или сенсорный дисплей, который обеспечивает вывод информации в процессе съемки. Дисплей (107) используется для уведомления пользователя о текущем состоянии сканера, о выполняемых им операциях и о возникающих ошибках, что позволяет оперативно внести изменения в процесс съемки для избежания неточности получаемых данных.
Плата питания и коммутации (108) обеспечивает питание элементов сканера (10) за счет подключения к съемной аккумуляторной батарее (109), а также их связь друг с другом, обеспечивая процесс обмена сигналами и данными. Применение съемной аккумуляторной батареи (109) 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.
Сканер (10) 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 (10) оператор его включает, используя внешнее клиентское устройство, подключается к сканеру (10) и дает команду производить съемку местности или помещения. Сканер (10) осуществляет сбор данных камерой (101), сенсором глубины (102), курсовертикалью (103) и датчиком угла поворота (104), обрабатывает их бортовым вычислительным блоком (105). Информация о функционировании сканера и о возникающих ошибках в понятной пользователю форме выводится на информационный дисплей (107). При необходимости сканер (10) при помощи блока позиционирования (106) поворачивается и снова осуществляет съемку. Далее бортовой вычислительный блок (105) обрабатывает полученные данные и передает их клиентскому устройству для визуализации и контроля. При наличии в построенном маршруте нескольких точек съемки оператор переставляет сканер (10) на следующую точку съемки и процесс сбора данных повторяется. Конечным 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 фотосъемка, 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.
Представленные материалы заявки раскрывают предпочтительные примеры реализации технического решения и не должны трактоваться как ограничивающие иные, частные примеры его воплощения, не выходящие за пределы испрашиваемой правовой охраны, которые являются очевидными для специалистов соответствующей области техники.