采用閃爍方式投影的手持激光三維掃描儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種手持激光三維掃描儀。
【背景技術(shù)】
[0002]手持激光三維掃描技術(shù)以其抗干擾能力強(qiáng)、檢測精度高、使用簡便等優(yōu)點(diǎn)逐步被用在各種工業(yè)、考古、醫(yī)療、教學(xué)等領(lǐng)域。相比白光投影原理的三維掃描儀，激光三維掃描儀可以從每一組同步幀圖像中提取物體表面特征計(jì)算得到被掃描物體的一部分表面點(diǎn)云，以及由于激光投影的光強(qiáng)更大因而允許捕捉其圖像的攝像頭可以以不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)模糊的快門時(shí)間進(jìn)行曝光，因此更能適合用手持的方式在不斷連續(xù)移動(dòng)的狀態(tài)下進(jìn)行掃描。另外，由于激光的波段的單一性，通過在攝像頭前加裝帶通濾光鏡可以很大程度上去除環(huán)境光線對其掃描過程的影響，使其適用于室外自然光環(huán)境下的物體表面輪廓的三維掃描。
[0003]由于一個(gè)激光投影器投射的圖案中如果存在投射的激光線條交叉的情況，則在兩幅同步圖像進(jìn)行匹配得到激光點(diǎn)的過程中會(huì)出現(xiàn)多義性而需要進(jìn)行校驗(yàn)，增加出錯(cuò)的概率，導(dǎo)致無法得到被掃描物體表面精確的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。因此用于手持三維掃描的激光投影器投射的圖案一般是多條不交叉的近似于平行的激光線條，掃描時(shí)，這種激光線條組會(huì)有一定的概率投射到被掃描物體表面的標(biāo)記點(diǎn)上，而標(biāo)記點(diǎn)一旦有激光投影線條經(jīng)過，則會(huì)破壞掃描儀獲得圖像中的標(biāo)記點(diǎn)圖案的完整性，從而導(dǎo)致標(biāo)記點(diǎn)識(shí)別精度急劇降低，甚至無法識(shí)別，因此這種情況下被激光線投射經(jīng)過的標(biāo)記點(diǎn)通常被舍棄而不參與計(jì)算。如果儀器視野內(nèi)有效的標(biāo)記點(diǎn)少于3個(gè)，則無法完成儀器的自定位，也就無法獲取此時(shí)的被掃描物體的輪廓點(diǎn)云。用戶需要反復(fù)調(diào)整掃描儀與被掃描物體的相對位置方向進(jìn)行補(bǔ)充掃描，導(dǎo)致掃描效率的降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服已有三維掃描儀的出錯(cuò)概率較大、掃描效率較低的不足，本實(shí)用新型提供了一種有效降低出錯(cuò)概率、提升掃描效率的采用閃爍方式投影的手持激光三維掃描儀。
[0005]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種采用閃爍方式投影的手持激光三維掃描儀，包括兩個(gè)及以上用于圖像采集的攝像頭、兩個(gè)及以上用于進(jìn)行激光圖案投影的激光投影器以及用以控制所述攝像頭和激光投影器工作的控制器，所述控制器包括用以按照曝光觸發(fā)周期控制攝像頭工作的攝像頭控制模塊，所述控制器還包括用于當(dāng)攝像頭連續(xù)兩次曝光周期中，相對于前一次曝光周期啟動(dòng)的其中一個(gè)激光投影器，后一次啟動(dòng)另一個(gè)激光投影器的交替閃爍方式投影控制模塊，所述交替閃爍方式投影控制模塊與開關(guān)電路連接，所述開關(guān)電路與所述激光投影器連接。
[0007]進(jìn)一步，所述交替閃爍方式投影控制模塊還包括用于控制兩個(gè)及以上激光投影器循環(huán)交替啟動(dòng)的循環(huán)交替子單元。
[0008]再進(jìn)一步，所述手持激光三維掃描儀還包括與攝像頭配對的用于照亮目標(biāo)物體表面特征點(diǎn)的補(bǔ)光光源，所述控制器包括用以按照閃爍觸發(fā)周期控制補(bǔ)光光源工作的補(bǔ)光控制模塊，所述補(bǔ)光控制模塊與驅(qū)動(dòng)電路連接，所述驅(qū)動(dòng)電路與所述補(bǔ)光光源連接。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果主要表現(xiàn)在:有效降低出錯(cuò)概率、提升掃描效率。
【附圖說明】
[0010]圖1是閃爍方式投影的手持激光三維掃描儀連續(xù)兩個(gè)周期的工作狀態(tài)示意圖，其中，(a)為tl周期，(b)為t2周期。
[0011]圖2是閃爍方式投影的手持激光三維掃描儀連續(xù)兩個(gè)周期的激光投影示意圖，其中(a)是tl周期的投影結(jié)果，(b)是t2周期的投影結(jié)果。
[0012]圖3是手持激光三維掃描儀的控制原理圖。
[0013]圖4是觸發(fā)時(shí)序的不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
[0015]參照圖1?圖4，一種采用閃爍方式投影的手持激光三維掃描儀，包括兩個(gè)及以上用于圖像采集的攝像頭、兩個(gè)及以上用于進(jìn)行激光圖案投影的激光投影器以及用以控制所述攝像頭和激光投影器工作的控制器，所述控制器包括用以按照曝光觸發(fā)周期控制攝像頭工作的攝像頭控制模塊，所述控制器還包括用于當(dāng)攝像頭連續(xù)兩次曝光周期中，相對于前一次曝光周期啟動(dòng)的其中一個(gè)激光投影器，后一次啟動(dòng)另一個(gè)激光投影器的交替閃爍方式投影控制模塊，所述交替閃爍方式投影控制模塊與開關(guān)電路連接，所述開關(guān)電路與所述激光投影器連接。
[0016]進(jìn)一步，所述交替閃爍方式投影控制模塊還包括用于控制兩個(gè)及以上激光投影器循環(huán)交替啟動(dòng)的循環(huán)交替子單元。
[0017]再進(jìn)一步，所述手持激光三維掃描儀還包括與攝像頭配對的用于照亮目標(biāo)物體表面特征點(diǎn)的補(bǔ)光光源，所述控制器包括用以按照閃爍觸發(fā)周期控制補(bǔ)光光源工作的補(bǔ)光控制模塊，所述補(bǔ)光控制模塊與驅(qū)動(dòng)電路連接，所述驅(qū)動(dòng)電路與所述補(bǔ)光光源連接。
[0018]本發(fā)明所述的手持激光三維掃描儀提供了一種可以將多個(gè)激光投影器在連續(xù)的相同個(gè)數(shù)的攝像頭曝光周期中進(jìn)行依次循環(huán)投影的方案，即避免了出現(xiàn)交叉線條的激光投影圖像又保證了掃描的效率。如圖4所示，在攝像頭的第一個(gè)曝光周期時(shí)，1#激光器進(jìn)行觸發(fā)開啟，攝像頭得到第一幅激光投影圖像，在攝像頭的第二個(gè)曝光周期時(shí)，2#激光器進(jìn)行觸發(fā)開啟，攝像頭得到第二幅激光投影圖像，在攝像頭的第三個(gè)曝光周期時(shí)，3#激光器進(jìn)行觸發(fā)開啟，攝像頭得到第三幅激光投影圖像，在攝像頭的第四個(gè)曝光周期時(shí)，1#激光器重新觸發(fā)開啟，攝像頭得到第四幅激光投影圖像，以此次序循環(huán)。
[0019]以手持激光三維掃描儀包含兩個(gè)激光投影器，每個(gè)激光投影器投射三條近視并行的線狀激光為例，如圖2所示，tl和t2為攝像頭的連續(xù)兩次曝光觸發(fā)周期，1#激光投影器在tl周期觸發(fā)啟動(dòng)，2#激光投影器在t2周期觸發(fā)啟動(dòng)，然后1#激光投影器再次啟動(dòng)，如此循環(huán)，兩個(gè)激光投影器交替觸發(fā)啟動(dòng)，在攝像頭采集的任意一幀圖像中均只有一個(gè)激光投影器投射的三條同向的線狀激光，而連續(xù)掃描的效果等同于兩個(gè)激光投影器同時(shí)投射到目標(biāo)物體表面。在攝像頭獲得的圖像中，當(dāng)激光線經(jīng)過貼在目標(biāo)物體表面的標(biāo)記點(diǎn)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致無法對標(biāo)記點(diǎn)的邊緣進(jìn)行精確提取，從而無法確定標(biāo)記點(diǎn)的中心位置。一般在保證精度的手持激光三維掃描儀的掃描處理過程中，如果圖像中的激光線經(jīng)過標(biāo)記點(diǎn)就將該標(biāo)記點(diǎn)排除，不參與計(jì)算。但如果掃描視野中的有效標(biāo)記點(diǎn)少于三個(gè)時(shí)，儀器的空間位置就無法被求出，也就無法計(jì)算投射在目標(biāo)物體表面的激光輪廓線的點(diǎn)云坐標(biāo)。如圖2(a)所示，三條線狀激光經(jīng)過掃描儀視野范圍內(nèi)的4個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，只剩一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)有效，因此無法求出儀器的當(dāng)前空間位置和激光輪廓線的三維點(diǎn)云坐標(biāo)；圖2(b)顯示不同角度的線狀激光掃描同一區(qū)域時(shí)的情況，只有一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)被激光線經(jīng)過，通過剩余的4個(gè)有效標(biāo)記點(diǎn)可以精確的計(jì)算出儀器的位置和激光輪廓線的三維點(diǎn)云坐標(biāo)。由于標(biāo)記點(diǎn)在物體表面呈非規(guī)則分布，因此用不同角度的激光投影圖案，比如不同方向的多組線狀激光，每組中的各條激光線近似平行，可以減少由于視野中多數(shù)標(biāo)記點(diǎn)被激光投影經(jīng)過而導(dǎo)致無法掃描出目標(biāo)物體表面該區(qū)域的輪廓三維點(diǎn)的概率。
[0020]以兩個(gè)攝像頭及三個(gè)激光投影器組成的手持激光三維掃描儀為例，由于補(bǔ)光光源與攝像頭一一對應(yīng)，因此補(bǔ)光光源也為兩個(gè)，如圖3所示?？刂破魍ㄟ^信號(hào)隔離電路與同時(shí)與兩路攝像頭的曝光觸發(fā)接口連接，控制兩路攝像頭進(jìn)行同步曝光；通過兩個(gè)LED恒流驅(qū)動(dòng)電路與高亮LED補(bǔ)光光源連接，控制其按設(shè)定的頻率和開啟時(shí)間進(jìn)行閃爍；通過三個(gè)MOS管分別控制三個(gè)激光投影器以設(shè)定的頻率和開啟時(shí)間進(jìn)行激光圖案投影。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種采用閃爍方式投影的手持激光三維掃描儀，包括兩個(gè)及以上用于圖像采集的攝像頭、兩個(gè)及以上用于進(jìn)行激光圖案投影的激光投影器以及用以控制所述攝像頭和激光投影器工作的控制器，所述控制器包括用以按照曝光觸發(fā)周期控制攝像頭工作的攝像頭控制模塊，其特征在于:所述控制器還包括用于當(dāng)攝像頭連續(xù)兩次曝光周期中，相對于前一次曝光周期啟動(dòng)的其中一個(gè)激光投影器，后一次啟動(dòng)另一個(gè)激光投影器的交替閃爍方式投影控制模塊，所述交替閃爍方式投影控制模塊與開關(guān)電路連接，所述開關(guān)電路與所述激光投影器連接。2.如權(quán)利要求1所述的采用閃爍方式投影的手持激光三維掃描儀，其特征在于:所述交替閃爍方式投影控制模塊還包括用于控制兩個(gè)及以上激光投影器循環(huán)交替啟動(dòng)的循環(huán)交替子單元。3.如權(quán)利要求1或2所述的采用閃爍方式投影的手持激光三維掃描儀，其特征在于:所述手持激光三維掃描儀還包括與攝像頭配對的用于照亮目標(biāo)物體表面特征點(diǎn)的補(bǔ)光光源，所述控制器包括用以按照閃爍觸發(fā)周期控制補(bǔ)光光源工作的補(bǔ)光控制模塊，所述補(bǔ)光控制模塊與驅(qū)動(dòng)電路連接，所述驅(qū)動(dòng)電路與所述補(bǔ)光光源連接。
【專利摘要】一種采用閃爍方式投影的手持激光三維掃描儀，包括兩個(gè)及以上用于圖像采集的攝像頭、兩個(gè)及以上用于進(jìn)行激光圖案投影的激光投影器以及用以控制所述攝像頭和激光投影器工作的控制器，所述控制器包括用以按照曝光觸發(fā)周期控制攝像頭工作的攝像頭控制模塊，其特征在于：所述控制器還包括用于當(dāng)攝像頭連續(xù)兩次曝光周期中，相對于前一次曝光周期啟動(dòng)的其中一個(gè)激光投影器，后一次啟動(dòng)另一個(gè)激光投影器的交替閃爍方式投影控制模塊，所述交替閃爍方式投影控制模塊與開關(guān)電路連接，所述開關(guān)電路與所述激光投影器連接。本實(shí)用新型提供了一種有效降低出錯(cuò)概率、提升掃描效率的采用閃爍方式投影的手持激光三維掃描儀。
【IPC分類】G01B11/00
【公開號(hào)】CN204944431
【申請?zhí)枴緾N201520603250
【發(fā)明人】鄭俊, 方樂, 陳尚儉
【申請人】杭州思看科技有限公司
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年8月12日