立體掃描裝置制造方法
【專利摘要】一種立體掃描裝置，其包括光源模塊、屏幕、旋轉(zhuǎn)平臺、圖像擷取單元以及處理單元。光源模塊用于發(fā)出光束。屏幕設(shè)置在光束的傳遞路徑上并具有面向光源模塊的投影面。旋轉(zhuǎn)平臺用于承載立體物體，并設(shè)置在光源模塊與屏幕之間。旋轉(zhuǎn)平臺用于沿著旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)立體物體至多個方位，以在投影面上形成立體物體分別對應(yīng)于所述方位的多個物體陰影。圖像擷取單元用于自投影面擷取物體陰影，以獲得多個物體輪廓圖像。處理單元耦接圖像擷取單元，并用于讀取并處理物體輪廓圖像，以根據(jù)物體輪廓圖像建立關(guān)聯(lián)于立體物體的數(shù)字立體模型。
【專利說明】立體掃描裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種掃描裝置，且特別是有關(guān)于一種立體掃描裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]由于電腦技術(shù)的日新月異，多媒體的發(fā)展，電腦已慢慢地成為現(xiàn)代人日常生活中不可或缺的必需品，而圖像處理的進(jìn)展一日千里，帶動許多電腦周邊圖像處理器的進(jìn)步，立體掃描裝置即是一例。
[0003]一般而言，立體掃描裝置是一種用來檢測并分析現(xiàn)實世界中物體或環(huán)境的形狀(幾何構(gòu)造)與外觀數(shù)據(jù)(如顏色、表面反照率等性質(zhì))的儀器，其搜集到的數(shù)據(jù)常被用來進(jìn)行三維重建計算，以在虛擬世界中建立實際物體的數(shù)字模型。這些模型具有相當(dāng)廣泛的用途，舉凡工業(yè)設(shè)計、瑕疵檢測、逆向工程、機(jī)器人導(dǎo)引、地貌測量、醫(yī)學(xué)信息、生物信息、刑事鑒定、數(shù)字文物典藏、電影制片、游戲創(chuàng)作素材、立體列印等都可見其應(yīng)用。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)的立體掃描裝置通常是使用至少兩個攝影機(jī)對待重建的物體拍攝多個彩色圖像，再將這些彩色圖像經(jīng)過圖像處理軟體計算而建造出數(shù)字立體模型。此方法在概念上，類似人類通過雙眼感知的圖像相迭推算圖像深度，若已知攝影機(jī)的彼此間距與焦距長度，而擷取的圖片又能成功迭合，則深度信息可迅速推得。此法須仰賴有效的圖片像素匹配分析(correspondence analysis),一般使用區(qū)塊比對(block matching)或?qū)O幾何(epipolar geometry)演算法達(dá)成,其中，使用兩個攝影機(jī)的立體視覺法又稱做雙眼視覺法(binocular),另有三眼視覺(trinocular)與其他使用更多攝影機(jī)的延伸方法。然而,此種立體掃描裝置在建立數(shù)字立體模型的圖像處理及計算上十分復(fù)雜，因而導(dǎo)致成本無法有效降低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種立體掃描裝置，其元件配置簡單，建立數(shù)字立體模型的效率較高且成本較低。
[0006]本發(fā)明提供一種立體掃描裝置，其適用于建立關(guān)聯(lián)于立體物體的數(shù)字立體模型。立體掃描裝置包括光源模塊、屏幕、旋轉(zhuǎn)平臺、圖像擷取單元以及處理單元。光源模塊用于發(fā)出光束。屏幕設(shè)置在光束的傳遞路徑上并具有面向光源模塊的投影面。旋轉(zhuǎn)平臺用于承載立體物體，并設(shè)置在光源模塊與屏幕之間。旋轉(zhuǎn)平臺用于沿著旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)立體物體至多個方位，以在屏幕的投影面上形成立體物體分別對應(yīng)于所述方位的多個物體陰影。圖像擷取單元用于自屏幕的投影面擷取物體陰影，以獲得多個物體輪廓圖像。處理單元耦接圖像擷取單元，并用于讀取并處理物體輪廓圖像，以根據(jù)物體輪廓圖像建立關(guān)聯(lián)在立體物體的數(shù)字立體模型。
[0007]本發(fā)明提供一種立體掃描裝置，其適用于建立關(guān)聯(lián)在立體物體的數(shù)字立體模型。立體掃描裝置包括光源模塊、旋轉(zhuǎn)平臺、至少一圖像擷取單元以及處理單元。光源模塊經(jīng)配置以發(fā)出多個光束而形成平面光幕。旋轉(zhuǎn)平臺用于承載立體物體，使立體物體位于平面光幕的傳遞路徑上。旋轉(zhuǎn)平臺經(jīng)配置以沿著旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)立體物體至多個方位，使平面光幕在立體物體的表面上形成分別對應(yīng)于所述方位的多個光輪廓。圖像擷取單元經(jīng)配置以擷取光輪廓，以獲得多個光輪廓圖像。處理單元耦接圖像擷取單元，經(jīng)配置以讀取并處理光輪廓圖像，以根據(jù)光輪廓圖像建立關(guān)聯(lián)于立體物體的數(shù)字立體模型。
[0008]基于上述，本發(fā)明將立體物體設(shè)置在立體掃描裝置的旋轉(zhuǎn)平臺上，并在旋轉(zhuǎn)立體物體的同時，通過光源照射以將立體物體的陰影投射在后方屏幕上，或是利用準(zhǔn)直光源照射以直接在立體物體的表面上形成光輪廓的方式得到立體物體的各角度的輪廓，并以圖像擷取單元分別擷取所述各角度的輪廓圖像，再通過處理單元根據(jù)這些輪廓圖像建立關(guān)聯(lián)于立體物體的數(shù)字立體模型。因此，由于處理單元僅需處理立體物體的輪廓信息，因而可大幅減輕處理單元進(jìn)行圖像處理及計算上的負(fù)擔(dān)，進(jìn)而增加立體掃描裝置建立數(shù)字立體模型的效率，并且，本發(fā)明的立體掃描裝置元件配置簡單，還可降低生產(chǎn)成本。
[0009]為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是依照本發(fā)明的一實施例的一種立體掃描裝置的部份方塊示意圖；
[0011]圖2是依照本發(fā)明的一實施例的一種立體掃描裝置的示意圖；
[0012]圖3是依照本發(fā)明的另一實施例的一種立體掃描裝置的部份構(gòu)件示意圖；
[0013]圖4是依照本發(fā)明的另一實施例的一種立體掃描裝置的示意圖；
[0014]圖5是依照本發(fā)明的另一實施例的一種立體掃描裝置的部份構(gòu)件示意圖；
[0015]圖6是依照本發(fā)明的另一實施例的一種立體掃描裝置的示意圖。
[0016]附圖標(biāo)記說明:
[0017]10:立體物體；12:凹陷部；
[0018]20:物體陰影；100、200、300:立體掃描裝置；
[0019]110、210:光源模塊；112:光束；
[0020]120,220:屏幕；122:投影面；
[0021]130、230、320:旋轉(zhuǎn)平臺；140、240、340:圖像擷取單元；
[0022]150、250:處理單元；160、260:輔助圖像擷取單元；
[0023]212:平面光幕；214:光輪廓；
[0024]Al:旋轉(zhuǎn)軸。

【具體實施方式】
[0025]有關(guān)本發(fā)明的前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點與功效，在以下配合參考圖式的各實施例的詳細(xì)說明中，將可清楚的呈現(xiàn)。以下實施例中所提到的方向用語，例如:“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而并非用來限制本發(fā)明。并且，在下列各實施例中，相同或相似的元件將采用相同或相似的標(biāo)號。
[0026]圖1是依照本發(fā)明的一實施例的一種立體掃描裝置的部份方塊示意圖。圖2是依照本發(fā)明的一實施例的一種立體掃描裝置的示意圖。請同時參照圖1以及圖2，在本實施例中，立體掃描裝置100可針對立體物體10進(jìn)行三維建模(three dimens1nal modelconstruct1n, 3D model construct1n),以建立關(guān)聯(lián)在立體物體10的數(shù)字立體模型。立體掃描裝置100可例如耦接立體列印裝置，使立體列印裝置讀取此數(shù)字立體模型，并根據(jù)此數(shù)字立體模型列印出此立體物體10的例如復(fù)制品。本實施例的立體掃描裝置100包括光源模塊110、屏幕120、旋轉(zhuǎn)平臺130、圖像擷取單元140以及處理單元150。光源模塊110經(jīng)配置以發(fā)出均勻的光束112。在本實施例中，光源模塊110是采用發(fā)光二極體光源(light-emitting d1de light source, LED light source)。屏幕 120 如圖 2 所不具有面向光源模塊110的投影面122，并設(shè)置在光束112的傳遞路徑上。在此，屏幕120用于使立體物體10的陰影成像，以在屏幕120的投影面122上形成物體陰影20，而此物體陰影20的尺寸與立體物體10的尺寸具有固定比例。在本實施例中，上述的固定比例可實質(zhì)上大于I。也就是說，物體陰影20的尺寸可成比例地大于立體物體10的尺寸。立體掃描裝置100可例如通過調(diào)整光源模塊110至立體物體10的距離以及立體物體10至屏幕120的距離，來控制物體陰影20與立體物體10之間的尺寸比例關(guān)系，以在屏幕120上形成尺寸比立體物體10大且與立體物體10有比例性的物體陰影20，因而可得到更精密的物體輪廓圖像。
[0027]如上所述，旋轉(zhuǎn)平臺130用于承載立體物體10，并設(shè)置在光源模塊110與屏幕120之間，使立體物體10位于光束112的傳遞路徑上而阻擋光束112的傳遞。光源模塊110所發(fā)射出的光束112具有穩(wěn)定亮度，因此，光源模塊110所發(fā)出的光束112照射在立體物體10后，可在后方的屏幕120上產(chǎn)生對比清晰的物體陰影20。在此需說明的是，立體掃描裝置100中的光源模塊110、屏幕120以及旋轉(zhuǎn)平臺130是呈直線排列，然而本發(fā)明并不限于此。在其它實施例中，上述元件的排列方式亦可以是非直線關(guān)系。舉例而言，其可以是經(jīng)過反射或是具有傾斜夾角等方式進(jìn)行排列。此外，立體掃描裝置100中的光源模塊110、屏幕120以及旋轉(zhuǎn)平臺130之間的距離可以根據(jù)例如是立體物體10的尺寸、圖像擷取單元140的鏡頭光圈的大小、以及圖像解析度的需求而有所改變，以建立更精確的數(shù)字立體模型。
[0028]如上所述，旋轉(zhuǎn)平臺130適于沿著旋轉(zhuǎn)軸Al旋轉(zhuǎn)立體物體10至多個方位，使立體物體10經(jīng)由光束112的照射而在屏幕120上形成分別對應(yīng)于所述方位的多個物體陰影20。在旋轉(zhuǎn)平臺130旋轉(zhuǎn)立體物體10的同時，圖像擷取單元140經(jīng)配置以自屏幕120的投影面122上擷取所述的多個物體陰影20。在此將圖像擷取裝置140所擷取的物體陰影20所產(chǎn)生的圖像定義為“物體輪廓圖像”。在本實施例中，圖像擷取裝置140可采用電荷耦合元件(charge coupled device,簡稱:CO))鏡頭的照相機(jī)，以擷取所述的物體陰影20而獲得多個物體輪廓圖像。當(dāng)然，本發(fā)明不局限于此。
[0029]如上所述，處理單元150耦接圖像擷取單元140并用于讀取并處理所述的物體輪廓圖像，以根據(jù)這些物體輪廓圖像建立關(guān)聯(lián)于立體物體10的數(shù)字立體模型。在本實施例中，圖像擷取單元140可例如為黑白圖像擷取單元，亦即，其獲得的物體輪廓圖像為黑白圖像，以減輕處理單元150進(jìn)行圖像處理及計算上的負(fù)擔(dān)(loading)。而處理單元150還可根據(jù)各物體輪廓圖像的最大灰階差(grey level difference)獲得對應(yīng)的物體輪廓線，以根據(jù)這些物體輪廓線來建立數(shù)字立體模型。
[0030]在本實施例中，處理單元150可包括存儲器以及處理器。存儲器用于儲存圖像擷取單元140所擷取的物體輪廓圖像，而處理器則用于處理存儲器中所儲存的物體輪廓圖像，以建立關(guān)聯(lián)于立體物體10的數(shù)字立體模型。此外，在本發(fā)明的其他實施例中，亦可將圖像擷取單元140與處理單元150整合至同一裝置，例如為具有照相或攝影功能的個人電腦、筆記本電腦、智能手機(jī)以及平板電腦等，本發(fā)明并不以此為限。此外，圖像擷取單元140亦可利用有線傳輸或是無線傳輸?shù)姆绞?，將所擷取的物體輪廓圖像傳輸至處理單元150。
[0031]詳細(xì)來說，處理單元150還可耦接旋轉(zhuǎn)平臺130，以控制旋轉(zhuǎn)平臺130沿著旋轉(zhuǎn)軸Al旋轉(zhuǎn)立體物體10至多個方位。進(jìn)一步而言，處理單元150可控制旋轉(zhuǎn)平臺130沿著旋轉(zhuǎn)軸Al依次旋轉(zhuǎn)多個預(yù)設(shè)角度，以將立體物體10依次旋轉(zhuǎn)至上述的多個方位。此外，在本實施例中，旋轉(zhuǎn)平臺130可例如具有編碼器，用于記錄旋轉(zhuǎn)平臺130旋轉(zhuǎn)的方位，并供處理單元150讀取。如此，旋轉(zhuǎn)平臺130每將立體物體10旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度后，圖像擷取單元140即自屏幕120上擷取其物體陰影20的物體輪廓圖像。如此重復(fù)上述步驟至獲得立體物體10各角度的物體輪廓圖像后，再利用處理單元150將這些物體輪廓圖像轉(zhuǎn)換成平面座標(biāo)上的物體輪廓線并將其分別對應(yīng)所述多個方位的座標(biāo)，以據(jù)此建造出關(guān)聯(lián)于立體物體10的數(shù)字立體模型。
[0032]在本實施例中，處理單元150控制旋轉(zhuǎn)平臺130沿著旋轉(zhuǎn)軸Al旋轉(zhuǎn)的多個預(yù)設(shè)角度的總和為180度。也就是說，旋轉(zhuǎn)平臺130每次將立體物體10旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度直至立體物體10總共旋轉(zhuǎn)了 180度為止。在此需說明的是，旋轉(zhuǎn)平臺130每次轉(zhuǎn)動的預(yù)設(shè)角度的大小取決于立體物體10的表面輪廓的復(fù)雜度。當(dāng)立體物體10具有復(fù)雜度較高的表面輪廓時，旋轉(zhuǎn)平臺130每次所需轉(zhuǎn)動的預(yù)設(shè)角度則可設(shè)定較小，也就是說，圖像擷取單元140會產(chǎn)生較多的物體輪廓圖像。
[0033]一般而言，放置立體物體10時，理想上會將立體物體10放置在旋轉(zhuǎn)平臺130的中心，以使立體物體10的中心軸與旋轉(zhuǎn)平臺130的旋轉(zhuǎn)軸Al實質(zhì)上重合。因此，立體物體10在旋轉(zhuǎn)平臺130的初始方位所對應(yīng)的初始物體輪廓圖像理論上應(yīng)與立體物體10旋轉(zhuǎn)180度后的最終方位所對應(yīng)的最終物體輪廓圖像實質(zhì)上重合。
[0034]然而，在現(xiàn)實情況中，立體物體10的設(shè)置可能會有所偏移而使立體物體10的中心軸未能與旋轉(zhuǎn)平臺130的旋轉(zhuǎn)軸Al重合。如此，立體物體10在旋轉(zhuǎn)平臺130的初始方位所對應(yīng)的初始物體輪廓圖像則無法與立體物體10在旋轉(zhuǎn)平臺130旋轉(zhuǎn)180度后的最終方位所對應(yīng)的最終物體輪廓圖像完全重合。在此情況下，處理單元150可將此初始物體輪廓圖像與此最終物體輪廓圖像進(jìn)行比對，以得到立體物體10位于此方位時真實的物體輪廓圖像，并獲得物體輪廓圖像的中心軸。
[0035]除此之外，若立體物體10具有向立體物體10的中心軸凹陷的凹陷部12，圖像擷取單元140可另行擷取凹陷部12的灰階圖像，供處理單元150讀取并處理此灰階圖像，并根據(jù)上述的物體輪廓圖像以及此灰階圖像建立關(guān)聯(lián)于具有此凹陷部12的立體物體10的數(shù)字立體模型。具體而言，處理單元150可在立體物體10旋轉(zhuǎn)至其凹陷部12面向圖像擷取單元140時，控制圖像擷取單元140擷取凹陷部12的灰階圖像，使處理單元150能根據(jù)此灰階圖像推算出凹陷部12的結(jié)構(gòu)信息，再根據(jù)立體物體10的各角度的物體輪廓圖像及此凹陷部12的灰階圖像來建立關(guān)聯(lián)于具有此凹陷部12的立體物體10的數(shù)字立體模型。
[0036]圖3是依照本發(fā)明的另一實施例的一種立體掃描裝置的部份構(gòu)件示意圖。在此必須說明的是，本實施例的立體掃描裝置100與圖2的立體掃描裝置100相似，因此，本實施例沿用前述實施例的元件標(biāo)號與部分內(nèi)容，其中采用相同的標(biāo)號來表示相同或近似的元件，并且省略了相同技術(shù)內(nèi)容的說明。關(guān)于省略部分的說明可參考前述實施例，本實施例不再重復(fù)贅述。以下將針對本實施例的立體掃描裝置100與圖2的立體掃描裝置100的差異做說明。
[0037]請參照圖1以及圖3，在本實施例中，立體掃描裝置100還包括輔助圖像擷取單元160，其耦接處理單元150。立體物體10具有向立體物體10的中心軸凹陷的凹陷部12，而輔助圖像擷取單元160如圖3所示面向凹陷部12設(shè)置，以擷取凹陷部12的灰階圖像，供處理單元150讀取與處理。如此，處理單元150即可根據(jù)圖像擷取單元140所擷取的物體輪廓圖像以及輔助圖像擷取單元160所擷取的灰階圖像建立關(guān)聯(lián)于此具有凹陷部12的立體物體10的數(shù)字立體模型。舉例而言,若凹陷部12位于立體物體10的頂面，圖像擷取單元140則如圖3所示朝向屏幕120設(shè)置而無法有效擷取凹陷部12的灰階圖像，此時，輔助圖像擷取單元160可例如朝向旋轉(zhuǎn)平臺130的承載面設(shè)置而面向凹陷部12，以輔助擷取凹陷部12的灰階圖像，供處理單元150讀取及處理。如此，處理單元150即可根據(jù)圖像擷取單元140所擷取的物體輪廓圖像以及輔助圖像擷取單元160所擷取的灰階圖像建立關(guān)聯(lián)于具有此凹陷部12的立體物體10的數(shù)字立體模型。
[0038]圖4是依照本發(fā)明的另一實施例的一種立體掃描裝置的示意圖。圖5是依照本發(fā)明的另一實施例的一種立體掃描裝置的部份構(gòu)件示意圖。在此必須說明的是，本實施例的立體掃描裝置200與圖2的立體掃描裝置100相似，因此，本實施例沿用前述實施例的元件標(biāo)號與部分內(nèi)容，其中采用相同的標(biāo)號來表示相同或近似的元件，并且省略了相同技術(shù)內(nèi)容的說明。關(guān)于省略部分的說明可參考前述實施例，本實施例不再重復(fù)贅述。請參照圖4以及圖5，本實施例的立體掃描裝置200亦可適用于建立關(guān)聯(lián)于立體物體10的數(shù)字立體模型。并且，立體掃描裝置200亦可例如耦接立體列印裝置，使立體列印裝置讀取此數(shù)字立體模型，并根據(jù)此數(shù)字立體模型列印出此立體物體10的例如樣品。立體掃描裝置200包括光源模塊210、旋轉(zhuǎn)平臺230、至少一圖像擷取單元240以及處理單元250。在本實施例中，光源模塊210用于發(fā)出多個光束,所述多個光束共同形成平面光幕(lighting curtain)212。更具體而言，在本實施例中，光源模塊210為激光光源模塊，以發(fā)出多個激光光束而形成平面激光光幕。旋轉(zhuǎn)平臺230用于承載立體物體10，使立體物體10位于平面光幕212的傳遞路徑上而阻擋激光光束的傳遞，因而在立體物體10的表面上形成光輪廓214。
[0039]如上所述，旋轉(zhuǎn)平臺230適用于沿著旋轉(zhuǎn)軸Al旋轉(zhuǎn)立體物體10至多個方位，使立體物體10經(jīng)由激光光束的照射而在立體物體10的表面上形成分別對應(yīng)于所述方位的多個光輪廓214。在旋轉(zhuǎn)平臺230旋轉(zhuǎn)立體物體10的同時，圖像擷取單元240經(jīng)配置以擷取這些光輪廓214，以獲得多個光輪廓圖像。處理單元250耦接圖像擷取單元240，并用于讀取并處理所述的光輪廓圖像，以根據(jù)這些光輪廓圖像建立關(guān)聯(lián)于立體物體10的數(shù)字立體模型。在本實施例中，圖像擷取單元240的數(shù)量可為多個，對稱設(shè)置在平面光幕212的相對兩側(cè)，以由多個不同的角度擷取光輪廓圖像。此外，圖像擷取單元240可例如為黑白圖像擷取單元，亦即，其獲得的光輪廓圖像為黑白圖像，以減輕處理單元250進(jìn)行圖像處理及計算上的負(fù)擔(dān)。而處理單元250還可根據(jù)各光輪廓圖像的邊緣的最大灰階差獲得對應(yīng)的光輪廓線，并根據(jù)這些光輪廓線來建立數(shù)字立體模型。
[0040]詳細(xì)來說，處理單元250可耦接旋轉(zhuǎn)平臺230，以控制旋轉(zhuǎn)平臺230沿著旋轉(zhuǎn)軸Al旋轉(zhuǎn)立體物體10至多個方位。進(jìn)一步而言，處理單元250可控制旋轉(zhuǎn)平臺230沿著旋轉(zhuǎn)軸Al依次旋轉(zhuǎn)多個預(yù)設(shè)角度，以將立體物體10依次旋轉(zhuǎn)至所述的多個方位。如此，旋轉(zhuǎn)平臺230每將立體物體10旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度后，平面光幕212即在立體物體10的表面上形成光輪廓214，圖像擷取單元240則可擷取此光輪廓214以獲得光輪廓圖像。如此重復(fù)上述步驟至獲得立體物體10各角度的光輪廓圖像后，再利用處理單元250將這些光輪廓圖像轉(zhuǎn)換成平面座標(biāo)上的光輪廓線并將其分別對應(yīng)所述多個方位的座標(biāo)，以據(jù)此建造出關(guān)聯(lián)于立體物體10的數(shù)字立體模型。
[0041 ] 相似于前述實施例，在本實施例中，處理單元250控制旋轉(zhuǎn)平臺230沿著旋轉(zhuǎn)軸Al旋轉(zhuǎn)的多個預(yù)設(shè)角度的總和為180度。也就是說，旋轉(zhuǎn)平臺230每次將立體物體10旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度直至立體物體10總共旋轉(zhuǎn)了 180度為止。因此，在立體物體10的中心軸與旋轉(zhuǎn)平臺230的旋轉(zhuǎn)軸Al實質(zhì)上重合的理想情況下，立體物體10在旋轉(zhuǎn)平臺230的初始方位所對應(yīng)的初始光輪廓圖像應(yīng)與立體物體10旋轉(zhuǎn)180度后的最終方位所對應(yīng)的最終光輪廓圖像實質(zhì)上重合。
[0042]然而，在現(xiàn)實情況中，立體物體10的中心軸可能無法完美地與旋轉(zhuǎn)平臺230的旋轉(zhuǎn)軸Al重合而會有所偏移，因而使立體物體10在旋轉(zhuǎn)平臺230的初始方位所對應(yīng)的初始光輪廓圖像則無法與立體物體10在旋轉(zhuǎn)平臺230旋轉(zhuǎn)180度后的最終方位所對應(yīng)的最終光輪廓圖像完全重合。在此情況下，處理單元250可將此初始光輪廓圖像與此最終光輪廓圖像進(jìn)行比對，以得到立體物體10在此方位時真實的光輪廓圖像，并獲得光輪廓圖像的中心軸。
[0043]相似于前述實施例，若立體物體10具有向立體物體10的中心軸凹陷的凹陷部12，圖像擷取單元240可另行擷取凹陷部12的灰階圖像，供處理單元250讀取并處理此灰階圖像，并根據(jù)立體物體10在各角度的光輪廓圖像以及其凹陷部12的灰階圖像建立關(guān)聯(lián)于具有此凹陷部的立體物體10的數(shù)字立體模型。具體而言，處理單元250可在立體物體10旋轉(zhuǎn)至其凹陷部12面向圖像擷取單元240時，控制圖像擷取單元240擷取凹陷部12的灰階圖像，以獲取凹陷部12的圖像信息，使處理單元250能根據(jù)此灰階圖像推算出凹陷部12的結(jié)構(gòu)信息，并根據(jù)立體物體10在各角度的光輪廓圖像及其凹陷部12的灰階圖像來建立關(guān)聯(lián)于具有此凹陷部的立體物體10的數(shù)字立體模型。
[0044]除此之外，如圖5所示的實施例中，立體掃描裝置200還可包括輔助圖像擷取單元260，其耦接處理單元250。立體物體10具有向立體物體10的中心軸凹陷的凹陷部12，而輔助圖像擷取單元260如圖5所示面向凹陷部12設(shè)置，以擷取凹陷部12的灰階圖像，供處理單元250讀取與處理此灰階圖像，并根據(jù)圖像擷取單元240所擷取的光輪廓圖像以及輔助圖像擷取單元260所擷取的灰階圖像建立關(guān)聯(lián)于此具有凹陷部12的立體物體10的數(shù)字立體模型。舉例而言，若凹陷部12位于立體物體10的頂面，而圖像擷取單元240則如圖5所示沿著垂直于旋轉(zhuǎn)軸Al的方向朝向立體物體10設(shè)置，因而無法有效擷取凹陷部12的灰階圖像，此時，輔助圖像擷取單元260可例如沿著平行于旋轉(zhuǎn)軸Al的方向而面向凹陷部12設(shè)置，以輔助擷取凹陷部12的灰階圖像，并供處理單元250讀取及處理此灰階圖像。如此，處理單元250可根據(jù)圖像擷取單元240所擷取的光輪廓圖像以及輔助圖像擷取單元260所擷取的灰階圖像建立關(guān)聯(lián)于具有此凹陷部12的立體物體10的數(shù)字立體模型。
[0045]圖6是依照本發(fā)明的另一實施例的一種立體掃描裝置的示意圖。在本實施例中，立體掃描裝置300亦適用于建立關(guān)聯(lián)于立體物體10的數(shù)字元立體模型。立體掃描裝置300可例如耦接立體列印裝置，使立體列印裝置讀取此數(shù)字元立體模型，并根據(jù)此數(shù)字元立體模型列印出此立體物體10的例如樣品。立體掃描裝置300包括旋轉(zhuǎn)平臺320、多個圖像擷取單元340以及處理單元250。處理單元250可耦接并控制旋轉(zhuǎn)平臺320以及多個圖像擷取單元340。在本實施例中，立體物體10設(shè)置在旋轉(zhuǎn)平臺320上，旋轉(zhuǎn)平臺320經(jīng)配置以沿著旋轉(zhuǎn)軸Al旋轉(zhuǎn)立體物體10至多個方位。如此，旋轉(zhuǎn)平臺320每將立體物體10旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度后，上述多個圖像擷取單元340即以不同的角度同時擷取立體物體10的多個物體圖像。如此重復(fù)上述步驟至立體物體10旋轉(zhuǎn)180度而獲得立體物體10各角度的物體圖像后，處理單元250可例如利用圖像處理技術(shù)計算出圖像擷取單元340的公共視區(qū)內(nèi)的物體圖像的三維座標(biāo)，以根據(jù)這些物體圖像建造出關(guān)聯(lián)于立體物體10的數(shù)字立體模型。
[0046]在本實施例中，圖像擷取裝置340可采用電荷稱合元件(charge coupled device,簡稱:(XD)鏡頭的照相機(jī)，以擷取立體物體10的物體圖像。此外，圖像擷取單元340可例如為彩色圖像擷取單元，亦即，其獲得的物體圖像為彩色圖像。當(dāng)然，本發(fā)明不局限于此，在其他實施例中，圖像擷取單元340亦可為黑白圖像擷取單元，亦即，其獲得的物體輪廓圖像為黑白圖像，以減輕處理單元250進(jìn)行圖像處理及計算上的負(fù)擔(dān)。
[0047]綜上所述，本發(fā)明將一立體物體設(shè)置在立體掃描裝置的旋轉(zhuǎn)平臺上，以沿旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)立體物體，并在旋轉(zhuǎn)立體物體的同時，通過光源照射以將立體物體的陰影投射在后方屏幕上，或是利用準(zhǔn)直光源照射以直接在立體物體的表面上形成光輪廓的方式得到立體物體的各角度的輪廓，并以圖像擷取單元分別擷取所述各角度的輪廓圖像，再通過處理單元根據(jù)這些輪廓圖像建立關(guān)聯(lián)于立體物體的數(shù)字立體模型。如此，由于處理單元僅需處理立體物體的輪廓信息，因而可大幅減輕處理單元進(jìn)行圖像處理及計算上的負(fù)擔(dān)，進(jìn)而增加立體掃描裝置建立數(shù)字立體模型的效率，且本發(fā)明的立體掃描裝置元件配置簡單，因而可降低生產(chǎn)成本。
[0048]除此之外，若立體物體具有朝向其中心軸凹陷的凹陷部時，立體掃描裝置可利用其圖像擷取裝置或是另一輔助圖像擷取裝置另行對此凹陷部擷取灰階圖像，使處理單元能根據(jù)立體物體的各角度的物體輪廓及其凹陷部的灰階圖像來建立數(shù)字立體模型，因而使立體掃描裝置可更精確的建立關(guān)聯(lián)于具有凹陷部的立體物體的數(shù)字立體模型。
[0049]最后應(yīng)說明的是:以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種立體掃描裝置，適用于建立關(guān)聯(lián)于立體物體的數(shù)字立體模型，其特征在于，包括: 光源模塊，經(jīng)配置以發(fā)出光束； 屏幕，設(shè)置在該光束的傳遞路徑上，并具有面向該光源模塊的投影面； 旋轉(zhuǎn)平臺，用于承載該立體物體，并設(shè)置在該光源模塊與該屏幕之間，該旋轉(zhuǎn)平臺經(jīng)配置以沿著旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)該立體物體至多個方位，以在該屏幕的該投影面上形成該立體物體分別對應(yīng)于該些方位的多個物體陰影； 圖像擷取單元，經(jīng)配置以自該屏幕的該投影面擷取該些物體陰影，以獲得多個物體輪廓圖像；以及 處理單元，耦接該圖像擷取單元，經(jīng)配置以讀取并處理該些物體輪廓圖像，以根據(jù)該些物體輪廓圖像建立關(guān)聯(lián)于該立體物體的該數(shù)字立體模型。
2.如權(quán)利要求1所述的立體掃描裝置，其特征在于，該處理單元耦接該旋轉(zhuǎn)平臺，以控制該旋轉(zhuǎn)平臺沿著該旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)該立體物體至該些方位，該處理單元根據(jù)該些物體輪廓圖像對應(yīng)于該些方位建立該數(shù)字立體模型。
3.如權(quán)利要求1所述的立體掃描裝置，其特征在于，該旋轉(zhuǎn)平臺沿著該旋轉(zhuǎn)軸依次旋轉(zhuǎn)多個預(yù)設(shè)角度，以將該立體物體依次旋轉(zhuǎn)至該些方位。
4.如權(quán)利要求3所述的立體掃描裝置，其特征在于，該些預(yù)設(shè)角度的總和為180度。
5.如權(quán)利要求1所述的立體掃描裝置，其特征在于，該處理單元根據(jù)該立體物體在該旋轉(zhuǎn)平臺的初始方位所對應(yīng)的初始物體輪廓圖像與該立體物體旋轉(zhuǎn)至最終方位所對應(yīng)的最終物體輪廓圖像獲得該些物體輪廓圖像的中心軸。
6.如權(quán)利要求1所述的立體掃描裝置，其特征在于，該物體陰影的尺寸與該立體物體的尺寸具有固定比例。
7.如權(quán)利要求6所述的立體掃描裝置，其特征在于，該固定比例實質(zhì)上大于1。
8.如權(quán)利要求1所述的立體掃描裝置，其特征在于，該圖像擷取單元為黑白圖像擷取單元。
9.如權(quán)利要求1所述的立體掃描裝置，其特征在于，該處理單元根據(jù)各該物體輪廓圖像的最大灰階差獲得對應(yīng)的物體輪廓線，并根據(jù)該些物體輪廓線建立該數(shù)字立體模型。
10.如權(quán)利要求1所述的立體掃描裝置，其特征在于，該立體物體包括向該立體物體的中心軸凹陷的凹陷部，該圖像擷取單元擷取該凹陷部的灰階圖像，該處理單元根據(jù)該些物體輪廓圖像以及該灰階圖像建立關(guān)聯(lián)于該立體物體的該數(shù)字立體模型。
11.如權(quán)利要求1所述的立體掃描裝置，其特征在于，還包括輔助圖像擷取單元，耦接該處理單元，該立體物體包括向該立體物體的中心軸凹陷的凹陷部，該輔助圖像擷取單元面向該凹陷部設(shè)置，該輔助圖像擷取單元擷取該凹陷部的灰階圖像，該處理單元根據(jù)該些物體輪廓圖像以及該灰階圖像建立關(guān)聯(lián)在該立體物體的該數(shù)字立體模型。
12.—種立體掃描裝置，適用于建立關(guān)聯(lián)于立體物體的數(shù)字立體模型，其特征在于，包括: 光源模塊，經(jīng)配置以發(fā)出多個光束而形成平面光幕； 旋轉(zhuǎn)平臺，用于承載該立體物體，使該立體物體位于該平面光幕的傳遞路徑上，該旋轉(zhuǎn)平臺經(jīng)配置以沿著旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)該立體物體至多個方位，使該平面光幕在該立體物體的表面上形成分別對應(yīng)于該些方位的多個光輪廓； 至少一圖像擷取單元，經(jīng)配置以擷取該些光輪廓，以獲得多個光輪廓圖像；以及 處理單元，耦接該圖像擷取單元，經(jīng)配置以讀取并處理該些光輪廓圖像，以根據(jù)該些光輪廓圖像建立關(guān)聯(lián)于該立體物體的該數(shù)字立體模型。
13.如權(quán)利要求12所述的立體掃描裝置，其特征在于，該光源模塊為激光光源模塊，而該平面光幕為平面激光光幕。
14.如權(quán)利要求12所述的立體掃描裝置，其特征在于，該處理單元耦接該旋轉(zhuǎn)平臺，以控制該旋轉(zhuǎn)平臺沿著該旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)該立體物體至該些方位。
15.如權(quán)利要求12所述的立體掃描裝置，其特征在于，該處理單元根據(jù)該些光輪廓圖像對應(yīng)于該些方位建立該數(shù)字立體模型。
16.如權(quán)利要求12所述的立體掃描裝置，其特征在于，該旋轉(zhuǎn)軸與該些光輪廓圖像的中心軸實質(zhì)上重合。
17.如權(quán)利要求12所述的立體掃描裝置，其特征在于，該旋轉(zhuǎn)平臺沿著該旋轉(zhuǎn)軸依次旋轉(zhuǎn)多個預(yù)設(shè)角度，以將該立體物體依次旋轉(zhuǎn)至該些方位。
18.如權(quán)利要求17所述的立體掃描裝置，其特征在于，該些預(yù)設(shè)角度的總和為180度。
19.如權(quán)利要求12所述的立體掃描裝置，其特征在于，該處理單元對應(yīng)于該立體物體在該旋轉(zhuǎn)平臺的初始方位所對應(yīng)的初始光輪廓圖像與該立體物體旋轉(zhuǎn)至最終方位所對應(yīng)的最終光輪廓圖像獲得該些光輪廓圖像的中心軸。
20.如權(quán)利要求12所述的立體掃描裝置，其特征在于，該圖像擷取單元為黑白圖像擷取單元。
21.如權(quán)利要求12所述的立體掃描裝置，其特征在于，該處理單元根據(jù)各該光輪廓圖像的最大灰階差獲得對應(yīng)的光輪廓線，并根據(jù)該些光輪廓線建立該數(shù)字立體模型。
22.如權(quán)利要求12所述的立體掃描裝置，其特征在于，該圖像擷取單元的數(shù)量為多個，對稱設(shè)置在該平面光幕的相對兩側(cè)。
23.如權(quán)利要求12所述的立體掃描裝置，其特征在于，立體物體包括向該立體物體的中心軸凹陷的凹陷部，該圖像擷取單元擷取該凹陷部的灰階圖像，該處理單元根據(jù)該些光輪廓圖像以及該灰階圖像建立關(guān)聯(lián)于該立體物體的該數(shù)字立體模型。
24.如權(quán)利要求12所述的立體掃描裝置，其特征在于，還包括輔助圖像擷取單元，耦接該處理單元，該立體物體包括向該立體物體的中心軸凹陷的凹陷部，該輔助圖像擷取單元面向該凹陷部設(shè)置，該輔助圖像擷取單元擷取該凹陷部的灰階圖像，該處理單元根據(jù)該些光輪廓圖像以及該灰階圖像建立關(guān)聯(lián)于該立體物體的該數(shù)字立體模型。
【文檔編號】G06T17/00GK104424662SQ201310702860
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月23日
【發(fā)明者】李洋得, 何況 申請人:三緯國際立體列印科技股份有限公司, 金寶電子工業(yè)股份有限公司, 泰金寶電通股份有限公司