注：转自 思看科技

你知道手持式扫描仪在工作时，为什么有时候被扫描物体上会贴一些圆圆的黑白相间的小贴片？那些小贴片是什么呢？起到什么作用呢？

图1 手持式扫描仪扫描场景

在使用手持式扫描仪的过程中，由于每次测量的区域有限，因此拼接的操作是必不可少的。扫描仪扫描的最终效果很大程度上是由拼接的精度、效率、方法来决定的，而标记点拼接是中小型扫描仪拼接方案的最佳选择。标记点拼接时所借用的标记点，就是我们刚才提到的圆圆的小贴片。

那什么是标记点呢？刚才提到的圆圆的小贴片，只是标记点的一种，也叫非编码标记点，与之相对应的就是编码标记点。这次我们主题是了解标记点的类型，那就从编码标记点开始吧！

编码标记点

编码标记点在摄影测量系统中广泛应用，摄影测量的工作原理常以相机拍摄为基础，通过图像提供丰富信息，从而实现空间中三维物体的重建。

图2展示了相机成像原理与三角测量的基本原理，为理解摄影测量的三维重建工作提供参考。

图2相机成像原理与三角测量的原理

空中三角测量（简称空三）是基于摄影测量的常见三维重建方法，编码标记点在其中可以作为标定相机内参的手段。空三在为相机标定时，通常要对着若干个编码标记点，各个角度拍摄几张照片，因为每个编码标记点都对应不同的唯一码值，为图像识别提供了重要依据，再根据三角测量算法从而求算出相机的内部参数，比如焦距、畸变、偏移量等等。

在真正工作的时候，再根据已确定的相机内部参数，就能识别到拍摄的物体之间的相对位置关系。

图3常见的编码标记点

在图3中，我们看到了一些常见的编码标记点。中心的圆或十字标记提供了精确定位的坐标，而周围的环形带圆形则提供了可根据特定规则解码的编码。这些标记点的原理类似于我们熟知的二维码，通过预先计算对每个标记点进行编码，相机捕捉到标记点后再进行解码，就能确定其唯一码值。

编码标记点优势：

唯一标识：每个编码标记点都有独特的编码信息，确保了标记点的唯一性，避免了与其他标记点混淆的可能性。

高精度： 编码信息可以提供更精确的位置和定位信息，对于需要高精度的应用非常有用，如工业测量和医学影像。

自动识别： 扫描仪或相应的软件可以自动识别编码标记点，无需人工干预，提高了效率和减少了操作错误的可能性。

标记点的识别流程一般如图4所示。相对于非编码标记点，使用编码标记点的摄影测量技术在大空间的精度控制上具有更为明显的优势，以上是关于编码标记点的一些知识拓展。

图4 编码点识别算法流程

非编码标记点

非编码标记点，通常指的是在三维扫描仪领域广泛使用的标记点类型。无论是思看科技的手持激光扫描仪还是固定式扫描仪，标记点拼接目前被认为是技术上最可行的解决方案，而这类标记点通常采用圆形设计。

图5 常见的非编码反光标记点

为什么选择圆形呢？在机器视觉中，圆形的标记点贴纸不论从哪个角度拍摄，都能在图像中呈现为椭圆形状。更重要的是，这个椭圆的圆心在空间中的位置是恒定不变的，获得圆心的稳定位置正是使用圆形标记点的目的。

在早期，尽管标记点形状是圆形，但使用的材料却相对简单。在一些简陋的固定式扫描仪上，甚至可以使用家用喷墨打印机在A4纸上打印类似的圆点，然后裁剪下来使用，甚至用黑色的笔画的圆，也可以被扫描仪识别。然而，这种基础的标记点使用在拼接过程中十分不稳定。

当时的标记点与其他材质没有太大区别，摄像机在捕捉标记点的同时，也容易捕捉到其他杂物，增加了误识别的风险，同时影响了最终点云的重建质量。

现在相较早期，印刷水平也在进步，现在的标记点黑色与白色交接的边缘清晰，圆度偏差小，白色内圆的部分更是采用反光材料，才有了现在的反光标记点。

反光标记点虽然成本会略高，但拥有独特的优点，在相机欠曝光时，相机不但能拍摄到标记点，还能将周围的环境过滤成黑色，避免了拍摄到乱七八糟的画面，减少了误识别的几率和节约计算机算力，提高了扫描速度和扫描精度，可谓一举多得。

就拿非编码标记点来说，市面上有很多种变种，比如说各个直径的标记点，3mm的，6mm的，12mm的，因为随着扫描距离改变，太小的标记点，在相机中看不太清楚，所以要采用不同直径来应对不同情况。还有一种情况就是，被扫描的物体太小，大的标记点会遮挡住更多信息，我们也需要更换更小的标记点。

还有可以随意旋转，圆形保持不变的转站标记点，可以在随时将标记点朝向任意方向；还有标记点底部带磁性的磁性标记点，可以随时吸附在铁制品表面，在这里就不赘述。

非编码标记点拼接的原理：

1. 标记点组： 每三个标记点（1、2、3）形成一个标记点组。

2. 拼接过程： 当扫描仪检测到一个新的标记点组（a、b、c）时，通过计算这三个点组成的三角形的边长与之前已知的标记点组（1、2、3）组成的三角形的边长、角度进行比较。如果它们的边长、角度相等，那么可以推断新发现的三个点其实是之前已知的（1、2、3）三个点。

3. 对应关系建立： 建立新发现的标记点组与已知的标记点组的一一对应关系，确保它们在同一坐标系下。

4. 数据拼接： 通过对应关系，将新的点云数据与之前的数据集进行拼接，形成一个更大的三维模型。

这种方法的优势在于，它不需要在标记点上添加唯一的编码信息，而是通过几何形状相似性来判断标记点的对应关系。这在一些情况下可能更加灵活，尤其是在需要频繁地添加、移动标记点时。

启发

那编码标记点和非编码标记点是不是分别只是在摄影测量、结构光三维扫描仪领域有用呢？

其实不然，细心的朋友可能已经发现了，在思看科技的KSCAN-Magic（以下简称Magic）系列产品中内置了大面幅的摄影测量系统，Magic在扫描一些大型物体时，就需要利用编码标记点和非编码标记点。

在编码标记点设计上，与图3列举的标记点不同，Magic使用的编码标记点是由许多个非编码标记点组成的标记点组，来形成唯一的码值，与上面提到的那些编码标记点一样，都会有一个编码点的中心定位，见图6与图7，且在承载材质上选用的是磁性橡胶，可以轻松吸附在铁金属表面。

在非编码标记点设计上，还是采用常用的反光标记点。

那为什么会有这样的结合呢？我们已经知道编码标记点一般用于摄影测量，摄影测量的优点是整体精度非常高。

而一般手持式扫描仪使用非编码标记点，因为扫描仪幅面有限，一次只能在有限的范围内识别到标记点，就导致随着扫描场景的扩大，标记点拼接精度下滑严重。

而这个时候如果有一个摄影测量的方法来控制整体精度，在精度确定的情况下再进行扫描，岂不是解决了手持式扫描仪随着扫描空间增大，精度下降严重的问题吗？

了解我们扫描仪的都知道，我们为了控制精度已经做了很多努力，其中就包括预先扫描标记点，然后再整体平差，以达到精度均匀分布不影响局部细节。之后扫描的时候，计算机只需要专心重建三维数据就可以了。

Magic在使用时，也要预先扫描标记点，但这次我们用了内置的摄影测量（见图8）。将编码标记点分布在扫描物体的四周，其中还伴随着非编码标记点，利用摄影测量精度容易控制的优势，将非编码点点坐标也重建在摄影测量的精度范围内。

之后再使用激光扫描时候，就算幅面较小，也能使用非编码标记点得到更高的精度。

图8 KSCAN-Magic在使用摄影测量时的工作场景

注：转自 思看科技

源网址：https://www.ireal3dscan.cn/news/shen-me-shi-san-wei-sao-miao-biao-ji-dian/