專利名稱：一種激光三維掃描系統(tǒng)的制作方法
專利說明 技術(shù)領(lǐng)域 本實用新型涉及的是一種掃描儀，尤其是一種激光三維掃描系統(tǒng)。
背景技術(shù) 現(xiàn)今社會，三維形貌測量技術(shù)在許多領(lǐng)域得到應用，在國內(nèi)外得到廣泛的研究，從老的機械探針接觸式測量到目前的光學非接觸測量，光學非接觸測量技術(shù)由于測量速度快，精度較高，及不損傷物體表面的特點，近年來成為研究熱點，其中三角法是三維曲面非接觸測量中最常使用的一種；以三角法為原理的測量方法中目前應用最廣的是線光源入射，又稱光刀掃描、光切法測量。
光切法測量由于精度高，測量速度快，能夠測量復雜曲面等原因，成為目前應用最多的三維測量方法，并且適合木工浮雕三維掃描測量，但目前市場上該類產(chǎn)品一般應用于逆工程，其測量精度雖高，但結(jié)構(gòu)復雜，同時價格昂貴，不適合面積大、縱深小、精度要求中等的木工浮雕加工。
目前一般三維測量系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)結(jié)果為標準的三維數(shù)據(jù)接口，不能直接生成木工浮雕加工所需的G代碼，需要利用第三方軟件如Type3、Aytcam等進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，不僅速度慢，效率低，而且操作復雜不易掌握。
目前浮雕加工技術(shù)主要有手工雕刻和機械掃描雕刻兩種，手工雕刻產(chǎn)品雖然市場價值高，但對于工作人員的技術(shù)要求也高，并且同時存在手工雕刻速度慢、成品率低的缺點；而機械掃描雕刻雖然速度較快，對工作人員要求不高，但具有機械加工痕跡明顯、且每次雕刻的產(chǎn)品都相同，不具有獨特性。
發(fā)明內(nèi)容 本實用新型的目的，就是針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，而提供一種激光三維掃描系統(tǒng)的技術(shù)方案，該方案的掃描系統(tǒng)適合木材、石材軟金屬和玻璃等的雕刻，本掃描系統(tǒng)能分段掃描，自動拼接；快速自動生成數(shù)控雕刻機可識別的G代碼，提高工作效率，降低工作難度。
本方案是通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)的一種激光三維掃描系統(tǒng)，包括激光器和數(shù)控雕刻機，本方案的特點是還有激光掃描定位運動控制單元、三維數(shù)據(jù)測量單元、三維重構(gòu)單元、空間校正和標定單元、配準拼接單元、G代碼生成單元； 激光器在激光掃描定位運動控制單元驅(qū)動下掃描；三維數(shù)據(jù)測量單元采集激光器掃描的圖像，并對圖像濾波去燥獲得三維數(shù)據(jù)；所述的三維數(shù)據(jù)由三維重構(gòu)單元建立空間結(jié)構(gòu)關(guān)系，渲染繪制出三維圖形；空間校正和標定單元將得到的三維圖形校正標定；配準拼接單元將多幅校正標定后的三維圖形進行拼接；拼接后的三維圖形經(jīng)G代碼生成單元轉(zhuǎn)化為G碼，數(shù)控雕刻機收到G碼后，按照G碼雕刻加工。
所述的三維數(shù)據(jù)測量單元采用雙CCD收集光帶圖像，并將兩個CCD收集的光帶圖像融合。
本方案的有益效果可根據(jù)對上述方案的敘述得知，由于在該方案中有激光三維掃描定位運動控制單元，實現(xiàn)計算機、單片機、步進電機、步進電機驅(qū)動器、激光器等的協(xié)調(diào)控制動作，實現(xiàn)光電一體化，能夠通過計算機實時精確控制激光刀完成定位掃描； 三維數(shù)據(jù)測量單元采用單光源雙CCD，避免了測量盲區(qū)，對兩個CCD采集的圖像，進行圖像融合，提高測量精度； 三維重構(gòu)單元通過OpenGL對采集的圖像建立空間結(jié)構(gòu)關(guān)系，實現(xiàn)三維圖像的重構(gòu)，并將轉(zhuǎn)換成的像素數(shù)據(jù)存儲在幀緩沖存儲器中； 空間校正和標定單元對三維圖像進行校正和標定，形成與實物大小相對應的圖像，在CCD采集數(shù)據(jù)時，由于有投影效應等原因，成像存在空間畸變，需要進行空間校正，校正后還要通過空間標定才能得到最終的具有正確空間坐標的三維點云數(shù)據(jù)；配準拼接單元通過對比兩個測量數(shù)據(jù)的重疊部分的灰度差的平方和來實現(xiàn)圖像的配準拼接；所述的G代碼生成單元將配準后的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)控雕刻機可識別的G代碼，方便數(shù)控雕刻加工。由此可見，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有實質(zhì)性特點和進步，其實施的有益效果也是顯而易見的。

圖1為本實用新型具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1為激光掃描定位運動控制單元，2為三維數(shù)據(jù)測量單元，3為三維重構(gòu)單元，4為空間校正和標定單元，5為配準拼接單元，6為G代碼生成單元。
具體實施方式
為能清楚說明本方案的技術(shù)特點，下面通過一個具體實施方式
，并結(jié)合其附圖，對本方案進行闡述。
通過附圖可以看出，本方案的激光三維掃描系統(tǒng)，包括激光掃描定位運動控制單元、三維數(shù)據(jù)測量單元、三維重構(gòu)單元、空間校正和標定單元、配準拼接單元、G代碼生成單元； 激光三位掃描定位運動控制單元實時精確控制激光刀定位掃描； 三維數(shù)據(jù)測量單元采集光帶圖像，并對采集的圖像進行濾波去噪，由于物體三維形貌的復雜性和光切法自身的制約，有時測量的圖像會出現(xiàn)大范圍的測量盲區(qū)和提取的光帶斷線的問題，所以本方案采用雙CCD收集光帶圖像，并將兩個CCD收集的光帶圖像融合；圖像融合的算法設(shè)在同一坐標點，CCD1采集的圖像灰度為f1(x，y)，CCD2采集的圖像灰度為f2(x，y)，則CCD1和CCD2所占的比例分別為 分別將該數(shù)值作為兩CCD所融合時圖像的權(quán)重，則新圖像在該點的灰度值為 三維重構(gòu)單元通過OpenGL對圖像建立空間結(jié)構(gòu)關(guān)系，實現(xiàn)三維圖像的重構(gòu)，OpenGL最主要的工作就是將二維及三維物體描繪至幀緩沖存儲器，實現(xiàn)物體的建模； 空間校正和標定單元對三維圖像進行校正和標定，形成與實物大小相對應的圖像，CCD成像采集時，有圖投影效應等原因，成像存在空間畸變，需要空間校正，校正后還要通過空間標定才能得到最終的就有正確空間坐標的三維點云數(shù)據(jù)。
配準拼接單元將采集的多幅與實物大小相對應的圖像的數(shù)據(jù)進行配準拼接；形成完整的圖像數(shù)據(jù)，以兩幅數(shù)據(jù)圖像重疊部分的灰度差的平方和為標準來衡量此區(qū)域是否配準，設(shè)待拼接的兩幅圖像為D1(x，y)和D2(x，y)，配準公式如下 其中，s(x，y)是數(shù)據(jù)矩陣D1(x，y)中的搜索塊，w(x，y)是圖像D2(x，y)中基準特征塊，求和是指當w(x，y)在D1(x，y)中滑動是，w(x，y)覆蓋下的D1(x，y)的s(x，y)與w(x，y)差值的疊加，最佳匹配塊為E去最小值時所對應的D1(x，y)中的搜索塊。G代碼生成單元將配準后的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)控雕刻機可識別的G代碼。
權(quán)利要求1.一種激光三維掃描系統(tǒng)，包括激光器和數(shù)控雕刻機，其特征是還有激光掃描定位運動控制單元、三維數(shù)據(jù)測量單元、三維重構(gòu)單元、空間校正和標定單元、配準拼接單元、G代碼生成單元；
激光器在激光掃描定位運動控制單元驅(qū)動下掃描；三維數(shù)據(jù)測量單元采集激光器掃描的圖像，并對圖像濾波去燥獲得三維數(shù)據(jù)；所述的三維數(shù)據(jù)由三維重構(gòu)單元建立空間結(jié)構(gòu)關(guān)系，渲染繪制出三維圖形；空間校正和標定單元將得到的三維圖形校正標定；配準拼接單元將多幅校正標定后的三維圖形進行拼接；拼接后的三維圖形經(jīng)G代碼生成單元轉(zhuǎn)化為G碼，數(shù)控雕刻機收到G碼后，按照G碼雕刻加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光三維掃描系統(tǒng)，其特征是所述的三維數(shù)據(jù)測量單元采用雙CCD收集光帶圖像，并將兩個CCD收集的光帶圖像融合。
專利摘要本實用新型提供了一種激光三維掃描系統(tǒng)的技術(shù)方案，該方案的激光三維掃描系統(tǒng)，包括激光掃描定位運動控制單元、三維數(shù)據(jù)測量單元、三維重構(gòu)單元、空間校正和標定單元、配準拼接單元、G代碼生成單元；該方案的掃描系統(tǒng)分段掃描，自動拼接；快速自動生成數(shù)控雕刻機可識別的G代碼，提高工作效率，降低工作難度。
文檔編號B44B1/00GK201552943SQ20092022647
公開日2010年8月18日 申請日期2009年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月16日
發(fā)明者張緒輝, 劉黎亭, 司書春, 劉寶生 申請人:濟南星輝數(shù)控機械科技有限公司