具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明提供的一种多模式跟踪器系统，包括：跟踪器和球扫设备，跟踪器和球扫设备的数量均为至少两个。

球形扫描仪(简称球扫)上包括靶球、相机和扫描器，且靶球设有多个标志反光点，通过跟踪器获取标志反光点在跟踪器坐标系(以跟踪器为中心构建的三维坐标系)中的坐标，球扫对目标物体进行扫描，分别获取目标物体表面的扫描点和标志反光点在球扫坐标系(以球扫为中心构建的三维坐标系)中的坐标，从而根据上述三个坐标构建目标物体表面，生成目标物体的三维模型。

各个跟踪器之间相互通信，各个跟踪器之间的数据通信可以采用有线通信方式，也可以采用无线通信的方式，但无论采用哪种方式，需要将网络配置在同一网段内。

跟踪器系统的工作模式包括：单跟踪器多球扫工作模式、多跟踪器单球扫工作模式和多跟踪器多球扫工作模式。

单跟踪器多球扫工作模式下：跟踪系统中的一个跟踪器以及至少两个的球扫设备处于工作状态，该跟踪器可以支持跟踪至少两个的球扫设备。

该工作模式可以在单位时间内提高扫描速率，可以采用不同的激光器颜色扫描设备，针对不同的材质的工件，获取更优质量的扫描数据。

多跟踪器单球扫工作模式下：跟踪系统中至少两个的跟踪器以及一个球扫设备处于工作状态，该至少两个的跟踪器均支持跟踪该球扫设备。

该工作模式拓展跟踪扫描区域，多种跟踪器可以采用不同跟踪距离和跟踪精度的跟踪器搭配使用，可以适应不同场景的测量需求。

多跟踪器多球扫工作模式下：跟踪系统中至少两个的跟踪器以及球扫设备处于工作状态，每个跟踪器均支持跟踪一个或多个的球扫设备。

该工作模式既可以拓展跟踪区域，又可以提高扫描速率；可以采用不同的激光器颜色扫描设备，也可以采用不同跟踪距离和跟踪精度的跟踪器搭配使用，可以适应不同场景的测量需求。

本发明提供的一种跟踪器系统，通过不同数量的跟踪器及扫描设备相互配合，实现支持多种模式工作；单跟踪器多球扫工作模式下，可以在单位时间内提高扫描速率，这种工作模式针对那些多时间要求严格的场景，如自动化流水线场景；多跟踪器单球扫工作模式下，可以在拓展跟踪扫描的范围，这种工作模式针对大工件，大场景，如扫描整车或者重型机械的工件；多跟踪器多球扫跟踪模式下，既可以拓展跟踪区域，又可以提高扫描速率；可以根据具体场景要求选择合适的工作模式，具有很强的适应性，让跟踪式三维激光扫描具有更多的应用场景，如扫描更大的场景，更快的扫描效率，不同精度扫描要求等。

实施例1

本发明提供的实施例2为本发明提供的一种多模式跟踪器系统的第二实施例，该多模式跟踪器系统的第二实施例包括一个跟踪器和至少两个的球扫设备。

跟踪器系统的工作模式为单跟踪器多球扫工作模式。

单跟踪器多球扫工作模式下：跟踪系统中的一个跟踪器以及至少两个的球扫设备处于工作状态，该跟踪器可以支持跟踪至少两个的球扫设备。

优选的，跟踪器系统处于单跟踪器多球扫工作模式时，至少两个的球扫设备都在跟踪器的跟踪范围内，至少两个的球扫设备采集的三维点数据会统一在跟踪器的坐标系下。

具体的，跟踪器系统处于单跟踪器双球扫工作模式时单跟踪器双球扫工作模式中涉及到的两个球扫都在主跟踪器的跟踪范围内，所以自然的他们两个扫描数据都是在一个坐标系下，不涉及跟踪系统标定过程。扫描过程中，当系统工作时，两个球扫采集的三维点数据将会统一在主跟踪器的坐标系下。

该工作模式可以在单位时间内提高扫描速率，可以采用不同的激光器颜色扫描设备，针对不同的材质的工件，获取更优质量的扫描数据。

单跟踪器多球扫工作模式下，可以在单位时间内提高扫描速率，这种工作模式针对那些多时间要求严格的场景，如自动化流水线场景。

实施例2

本发明提供的实施例3为本发明提供的一种多模式跟踪器系统的第三实施例，该多模式跟踪器系统的第三实施例包括至少两个的跟踪器和一个的球扫设备；各个跟踪器之间相互通信。

各个跟踪器之间的数据通信可以采用有线通信方式，也可以采用无线通信的方式，但无论采用哪种方式，需要将网络配置在同一网段内。

跟踪器系统的工作模式为多跟踪器单球扫工作模式。

多跟踪器单球扫工作模式下：跟踪系统中至少两个的跟踪器以及一个球扫设备处于工作状态，该至少两个的跟踪器均支持跟踪该球扫设备。

该工作模式拓展跟踪扫描区域，多种跟踪器可以采用不同跟踪距离和跟踪精度的跟踪器搭配使用，可以适应不同场景的测量需求。

多跟踪器单球扫工作模式下，可以在拓展跟踪扫描的范围，这种工作模式针对大工件，大场景，如扫描整车或者重型机械的工件。

优选的，跟踪器系统包括两个跟踪器和一个球扫设备时，两个跟踪器包括主跟踪器和从跟踪器；跟踪器系统处于双跟踪器单球扫工作模式时，标定过程包括：

步骤101，将两个跟踪器的公共跟踪范围的公共标定点组成标定板。

步骤102，将标定板坐标系下的坐标P_board(x,y,z)变换到主跟踪器坐标系P_{master_tracker}(x,y,z)的关系为：

P_{master_tracker}(x,y,z)＝Inverse(RT|_{master_tracker_to_board})*P_board(x,y,z)。

其中，RT|_{master_tracker_to_board}表示主跟踪器跟踪标定板的变换关系，Inverse(RT|_{master_tracker_to_board})为主跟踪器坐标系转到标定板坐标系的变换关系的逆运算。

步骤103，将从跟踪器坐标系坐标P_{slave_tracker}(x,y,z)变换到标定板坐标系下的坐标P_board(x,y,z)的关系为：

P_board(x,y,z)＝RT|_{slave_tracker_to_board}*P_{slave_tracker}(x,y,z)。

其中，RT|_{slave_tracker_to_board}表示从跟踪器跟踪标定板的变换关系。

步骤104，将从跟踪器的坐标变换到主跟踪器的坐标系下的变换关系为：

P_{master_tracker}(x,y,z)＝Inverse(RT|_{master_tracker_to_board})*RT|_{slave_tracker_to_board}*P_{slave_trac ker}(x,y,z)。

该式也即双跟踪器单球扫工作模式的标定过程。

跟踪器系统处于双跟踪器单球扫工作模式下的扫描过程可以认为是如下过程可以分为三种情况：

情况1：球扫仅能被主跟踪器跟踪到。

情况2：球扫仅能被从跟踪器跟踪到。

情况3：球扫能被主跟踪器和从跟踪器跟踪到。

球扫设备仅能被主跟踪器跟踪到时，扫描过程中的扫描数据按照主跟踪器的变换关系计算，也即：

P_{master_tracker}(x,y,z)＝RT|_{scanner_to_master_tracker}*P_scanner(x,y,z)，其中RT|_{scanner_to_master_tracker}为球扫坐标系采集的坐标变换到主跟踪器下的变换关系。

球扫设备仅能被从跟踪器跟踪到时，扫描过程中的扫描数据按照从跟踪器的变换关系计算，也即：

P_{master_tracker}(x,y,z)＝Inverse(RT|_{master_tracker_to_board})*RT|_{slave_tracker_to_board}*RT|_{scanner_to_slave_tracker}(x,y,z)*P_scanner(x,y,z)，其中RT|_{scanner_to_slave_tracker}为球扫坐标系采集的坐标变换到从跟踪器下的变换关系。

球扫设备能被主跟踪器和从跟踪器跟踪到时，扫描过程中的扫描数据优先按照主跟踪器的变换关系计算，也即：

P_{master_tracker}(x,y,z)＝RT|_{scanner_to_master_tracker}*P_scanner(x,y,z)，其中RT|_{scanner_to_master_tracker}为球扫坐标系采集的坐标变换到主跟踪器下的变换关系。

实施例3

本发明提供的实施例1为本发明提供的一种多模式跟踪器系统的第一实施例，该多模式跟踪器系统的第一实施例包括：跟踪器和球扫设备，该跟踪器和球扫设备的数量均为至少两个；各个跟踪器之间相互通信。

跟踪器系统的工作模式包括：单跟踪器多球扫工作模式、多跟踪器单球扫工作模式和多跟踪器多球扫工作模式。

单跟踪器多球扫工作模式下：跟踪系统中的一个跟踪器以及至少两个的球扫设备处于工作状态，该跟踪器可以支持跟踪至少两个的球扫设备。

优选的，跟踪器系统处于单跟踪器多球扫工作模式时，至少两个的球扫设备都在跟踪器的跟踪范围内，至少两个的球扫设备采集的三维点数据会统一在跟踪器的坐标系下。

如图1所示为本发明实施例提供的一种单跟踪器双球扫的示意图，单跟踪器双球扫工作模式中涉及到的两个球扫都在主跟踪器的跟踪范围内，所以自然的他们两个扫描数据都是在一个坐标系下，不涉及跟踪系统标定过程。扫描过程中，当系统工作时，两个球扫采集的三维点数据将会统一在主跟踪器的坐标系下。

多跟踪器单球扫工作模式下：跟踪系统中至少两个的跟踪器以及一个球扫设备处于工作状态，该至少两个的跟踪器均支持跟踪该球扫设备。

多跟踪器多球扫工作模式下：跟踪系统中至少两个的跟踪器以及球扫设备处于工作状态，每个跟踪器均支持跟踪一个或多个的球扫设备。

如图2和图3所示分别为本发明实施例提供的一种双跟踪器单球扫和双跟踪器双球扫的示意图，跟踪器系统包括两个跟踪器和一个球扫设备或者两个跟踪器和两个球扫设备时，两个跟踪器包括主跟踪器和从跟踪器，两个球扫设备包括主球扫设备和从球扫设备；跟踪器系统处于双跟踪器单球扫工作模式或双踪器双球扫工作模式时，标定过程包括：

步骤101，将两个跟踪器的公共跟踪范围的公共标定点组成标定板。

步骤102，将标定板坐标系下的坐标P_board(x,y,z)变换到主跟踪器坐标系P_{master_tracker}(x,y,z)的关系为：

P_{master_tracker}(x,y,z)＝Inverse(RT|_{master_tracker_to_board})*P_board(x,y,z)。

其中，RT|_{master_tracker_to_board}表示主跟踪器坐标系转到标定板坐标系下的变换关系，Inverse(RT|_{master_tracker_to_board})为主跟踪器坐标系转到标定板坐标系的变换关系的逆运算。

步骤103，将从跟踪器坐标系坐标P_{slave_tracker}(x,y,z)变换到标定板坐标系下的坐标P_board(x,y,z)的关系为：

P_board(x,y,z)＝RT|_{slave_tracker_to_board*Pslave_tracker}(x,y,z)。

其中，RT|_{slave_tracker_to_board}表示从跟踪器跟踪标定板的变换关系。

步骤104，将从跟踪器坐标系变换到主跟踪器的坐标系下的变换关系为：

P_{master_tracker}(x,y,z)＝Inverse(RT|_{master_tracker_to_board})*RT|_{slave_tracker_to_board}*P_{slave_trac ker}(x,y,z)。

该式也即双跟踪器单球扫工作模式及双踪器双球扫工作模式的标定过程。

具体的，跟踪器系统处于双跟踪器单球扫工作模式下的扫描过程可以认为是如下过程可以分为三种情况：

情况1：球扫仅能被主跟踪器跟踪到。

情况2：球扫仅能被从跟踪器跟踪到。

情况3：球扫能被主跟踪器和从跟踪器跟踪到。

对于情况1，球扫设备仅能被主跟踪器跟踪到时，扫描过程中的扫描数据按照主跟踪器的变换关系计算，也即：

P_{master_tracker}(x,y,z)＝RT|_{scanner_to_master_tracker}*P_scanner(x,y,z)，其中RT|_{scanner_to_master_tracker}为球扫坐标系采集的坐标变换到主跟踪器下的变换关系。

对于情况2，球扫设备仅能被从跟踪器跟踪到时，扫描过程中的扫描数据按照从跟踪器的变换关系计算，也即：

P_{master_tracker}(x,y,z)＝Inverse(RT|_{master_tracker_to_board})*RT|_{slave_tracker_to_board}*RT|_{scanner_to_slave_tracker}(x,y,z)*P_scanner(x,y,z)，其中RT|_{scanner_to_slave_tracker}为球扫坐标系采集的坐标变换到从跟踪器下的变换关系。

对于情况3，球扫设备能被主跟踪器和从跟踪器跟踪到时，扫描过程中的扫描数据优先按照主跟踪器的变换关系计算，也即：

P_{master_tracker}(x,y,z)＝RT|_{scanner_to_master_tracker}*P_scanner(x,y,z)，其中RT|_{scanner_to_master_tracker}为球扫坐标系采集的坐标变换到主跟踪器坐标系下的变换关系。

具体的，跟踪器系统处于双跟踪器双球扫工作模式时，主跟踪器跟踪主球扫设备，从跟踪器跟踪从球扫设备；扫描过程中将从跟踪下扫描的数据通过标定关系转换至主跟踪器下完成扫描数据的坐标系统一，包括：

主跟踪器坐标系下采集的三维点坐标为：

P_{master_tracker}(x,y,z)＝RT|_{scanner_to_master_tracker}*P_{master_scanner}(x,y,z)，其中RT|_{scanner_to_master_tracker}记为球扫坐标系采集的坐标变换到主跟踪器坐标系下的变换关系；

从跟踪器坐标系下采集的三维点坐标为：

P_{slave_tracker}(x,y,z)＝RT|_{scanner_to_slave_tracker}*P_{slave_scanner}(x,y,z)，其中RT|_{scanner_to_slave_tracker}记为球扫坐标系采集的坐标变换到从跟踪器坐标系下的变换关系；

将从跟踪器坐标系下的三维点变换到主跟踪器坐标系下：

P_{master_tracker}(x,y,z)＝Inverse(RT|_{master_tracker_to_board})*RT|_{slave_tracker_to_board}*P_{slave_tracker}(x,y,z)。

完成上述三个过程也即完成了双跟踪器双球扫工作模式下的扫描过程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。