CN104165609A - 三维扫描系统及扫描方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维扫描系统及方法，属于扫描系统设计领域，该三维扫描系统及方法，区别于现有技术中的三维扫描系统及方法，通过旋转装置的旋转带动待扫描物体旋转，从而克服了现有技术中的扫描系统占地面积大、使用成本高的问题，也克服了现有技术中的扫描系统获取的数据不精确导致三维建模不精确的问题，进而在只采用一个扫描装置的基础上，还能保证获取的数据的精确性，进一步的降低扫描成本，保证扫描效率。

Description

三维扫描系统及扫描方法

技术领域

本发明涉及一种扫描系统及方法，尤其涉及一种三维扫描系统及扫描方法。 

背景技术

三维扫描是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术，主要用于对物体空间外形和结构进行扫描，以获得物体表面的空间坐标。它的重要意义在于能够将实物的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供了一种方便快捷的手段。 

然而，现有技术中的三维扫描系统对扫描对象进行扫描，主要采用两种方法来实现。 

一、采用多个三维扫描仪同时对扫描对象进行扫描；多个扫描仪围绕待扫描对象进行协同工作，从而完成扫描工作。该方法中需要涉及多个扫描仪，从从而使得使用成本高，所需的场地比大，并不适合于广泛的应用。 

二、采用单个三维扫描仪绕待扫描对象旋转一周，拍摄一组图像序列，利用该图像序列及三维扫描仪在扫描时与待扫描物体之间的距离R等参数，实现对待扫描物体的扫描。该方法中很难保证三维扫描仪的运动轨迹是理想的圆周，从而会导致三维建模的不精确。 

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供一种三维扫描系统及方法，以克服现有技术中的扫描系统占地面积大、使用成本高的问题，也克服现有技术中的扫描系统获取的数据不精确导致三维建模不精确的问题，从而在只采用一个扫描装置的基础上，还能保证获取的数据的精确性，进而降低扫描成本，保证扫描效率。 

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为： 

一种三维扫描系统，其中，包括： 

用于放置待扫描物体的旋转装置，用于对焦和扫描待扫描物体的扫描装置，用于控制所述旋转装置和所述扫描装置的控制设备，用于固定安装所述旋转装置和所述扫描装置的底座； 

其中，所述底座为铝型材结构架，且所述铝型材结构架包括两根平行的铝型材和固定设置于两根平行的铝型材上的两块铝型板。 

上述的三维扫描系统，其中，所述旋转装置包括：内置有舵机的壳体，且所述壳体上方设置有旋转平面，所述舵机与所述控制设备电性连接，通过控制所述舵机来控制所述旋转平面的转动。 

上述的三维扫描系统，其中，所述扫描装置包括：内部设置有上下步进电机的扫描壳体，且于扫描壳体上方通过kinect支架连接有kinect传感器，所述扫描壳体下方通过一导轨滑台安置在导轨滑座上的滚珠丝杆上，且所述导轨滑座的一端设置有水平步进电机； 

其中，所述上下步进电机和所述水平步进电机均与所述控制设备电性连接，通过控制所述步进电机来控制所述kinect传感器进行对焦和扫描。 

一种三维扫描方法，其中，所述方法包括： 

将待扫描物体放置于旋转装置上； 

控制扫描装置上下移动或者前进后退，进行对焦操作； 

控制旋转装置进行旋转，以带动放置于旋转装置上的待扫描物体按照预设的角度旋转一周； 

获取每次旋转装置按照预设的角度旋转后的多组初始三维扫描数据； 

对初始三维扫描数据进行精细化处理得到结果三维扫描数据； 

对多组结果三维扫描数据进行三角化处理和平滑处理，完成对待扫描物体的扫描工作。 

上述的三维扫描方法，其中，所述预设的角度为30°。 

上述的三维扫描方法，其中，所述精细化处理包括： 

首先对所述初始三维扫描数据进行滤波算法，以滤去明显的杂数据，得到中间三维扫描数据； 

而后将所述中间三维扫描数据的纵向方向上的数据分成n层，每一层内又等分出m份，将每一份的数据求取其平均值，所取得的平均值为最终数据，将每层的m份数据均采用同样的方法处理，从而得到精确的结果三维扫描数据。 

上述技术方案具有如下优点或者有益效果： 

本发明提供的三维扫描系统包括：旋转装置、扫描装置、控制设备、底座，其中，底座为铝型材结构架，且该铝型材结构架包括两根平行的铝型材和固定设置于两根平行的铝型材上的两块铝型板，区别于现有技术中的三维扫描系统，本发明通过旋转装置的旋转带动待扫描物体旋转，从而克服了现有技术中的扫描系统占地面积大、使用成本高的问题，也克服了现有技术中的扫描系统获取的数据不精确导致三维建模不精确的问题，进而在只采用一个扫描装置的基础上，还能保证获取的数据的精确性，进一步的降低扫描成本，保证扫描效率。 

本发明提供的三维扫描方法中，通过采用旋转装置带动旋转待扫描物体，从而保证了扫描装置在扫描时与待扫描物体之间的距离R等参数的一致性，同时对扫描得到的初始三维扫描数据进行精细化处理、三角化处理和平滑处理等一系列处理，从而保证了在精确三维数据的基础上，处理得到精确的三维模型，进而提高了扫描效率。 

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。 

图1是本发明实施例1提供的三维扫描系统的结构示意图； 

图2是本发明实施例1提供的三维扫描方法的结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。 

实施例1： 

图1是本发明实施例1提供的三维扫描系统的结构示意图；如图所示，本发明实施例1提供的三维扫描系统包括：用于放置待扫描物体的旋转装置2，用于对焦和扫描待扫描物体的扫描装置1，用于控制旋转装置和2扫描装置1的控制设备(图中未示，该控制设备为与直流电或者交流电连接的开关)，用于固定安装旋转装置2和扫描装置1的底座3； 

其中，底座3为铝型材结构架，铝型材结构架包括两根平行的铝型材300、301以及固定设置于两根平行的铝型材上的两块铝型板302、303。 

旋转装置2包括：内置有舵机(图中未示，该控制设备为与直流电或者交流电连接的开关)的壳体202，且壳体202上方设置有旋转平面201，舵机与控制设备电性连接，通过控制舵机来控制旋转平面201的转动。 

扫描装置1包括：内部设置有上下步进电机(图中未示)的扫描壳体103，且于扫描壳体103上方通过kinect支架102连接有kinect传感器101，扫描壳体103下方通过一导轨滑台104安置在导轨滑座24上的滚珠丝杆304上，且导轨滑座24的一端设置有水平步进电机34，上下步进电机和水平步进电机均与控制设备电性连接，从而通过控制上下步进电机和水平步进电机便能控制kinect传感器101的上下移动和前后移动(即：水平移动)，以进行对焦和扫描。 

该三维扫描系统区别于现有技术中的三维扫描系统，本实用新型通过旋转装置的旋转带动待扫描物体旋转，从而克服了现有技术中的扫描系统占地面积大、使用成本高的问题，也克服了现有技术中的扫描系统获取的数据不精确导致三维建模不精确的问题，进而在只采用一个扫描装置的基础上，还能保证获取的数据的精确性，进一步的降低扫描成本，保证扫描效率。 

图2是本发明实施例1提供的三维扫描方法的结构示意图；如图所示，本发明实施例1提供的三维扫描方法包括： 

首先，将待扫描物体放置在旋转装置上。 

而后，控制扫描装置上下移动或者前进后退，进行对焦操作，进行对焦操作时，主要是调节动态图像的大小和待扫描物体于kinect传感器之间的距离。 

调节动态图像的大小时，使用kinect传感器获取待扫描物体的三维坐标，以kinect传感器为视点计算物体在横向和纵向的视角，若视角过小，数据传输至控制设备，控制设备控制kinect传感器向待扫描物体移动，若视角过大，控制设备控制kinect传感器向远离待扫描物体的方向移动，以此获得大小合理的图像。 

调节待扫描物体与kinect传感器之间的距离时，标定旋转装置的旋转平面的中心与kinect的距离，通过扫描与旋转平面的中心同轴的标定体，先将数据在xoy平面(旋转平面)投影，使用最小二乘法拟合圆弧，得到圆心与半径，以此标定出旋转装置的旋转平面中心与kinect传感器的距离。 

再控制旋转装置进行旋转，以带动放置于旋转装置上的待扫描物体按照预设的角度旋转一周，该预先设定的角度为30°，即需要旋转停止12次，方可完成待扫描物体一周的扫描工作； 

扫描时，通过kinect传感器摄取待扫描物体的坐标信息而后传输至控制设备中，便可获取每次旋转装置按照预设的角度30°旋转后的多组初始三维扫描数据； 

对初始三维扫描数据进行精细化处理，该精细化处理包括：首先对初始三维扫描数据进行滤波算法，以滤去明显的杂数据，得到中间三维扫描数据；而后将中间三维扫描数据的纵向方向上的数据分成n层，每一层内又等分出m份，将每一份的数据求取其平均值，所取得的平均值为最终数据，将每层的m份数据均采用同样的方法处理，从而得到精确的结果三维扫描数据； 

对多组结果三维扫描数据进行三角化处理和平滑处理，从而完成对待扫描 物体的扫描工作。 

该三维扫描方法中，通过采用旋转装置带动旋转待扫描物体，从而保证了扫描装置在扫描时与待扫描物体之间的距离R等参数的一致性，同时对扫描得到的初始三维扫描数据进行精细化处理、三角化处理和平滑处理等一系列处理，从而保证了在精确三维数据的基础上，处理得到精确的三维模型，进而提高了扫描效率。 

综上所述，本发明提供的三维扫描系统包括：旋转装置、扫描装置、控制设备、底座，其中，底座为铝型材结构架，且该铝型材结构架包括两根平行的铝型材和固定设置于两根平行的铝型材上的两块铝型板，区别于现有技术中的三维扫描系统，本发明通过旋转装置的旋转带动待扫描物体旋转，从而克服了现有技术中的扫描系统占地面积大、使用成本高的问题，也克服了现有技术中的扫描系统获取的数据不精确导致三维建模不精确的问题，进而在只采用一个扫描装置的基础上，还能保证获取的数据的精确性，进一步的降低扫描成本，保证扫描效率。 

本发明提供的三维扫描方法中，通过采用旋转装置带动旋转待扫描物体，从而保证了扫描装置在扫描时与待扫描物体之间的距离R等参数的一致性，同时对扫描得到的初始三维扫描数据进行精细化处理、三角化处理和平滑处理等一系列处理，从而保证了在精确三维数据的基础上，处理得到精确的三维模型，进而提高了扫描效率。 

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不予赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。 

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本 发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化以及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。 

Claims (6)

1.一种三维扫描系统，其特征在于，包括：

用于放置待扫描物体的旋转装置，用于对焦和扫描待扫描物体的扫描装置，用于控制所述旋转装置和所述扫描装置的控制设备，用于固定安装所述旋转装置和所述扫描装置的底座；

其中，所述底座为铝型材结构架，且所述铝型材结构架包括两根平行的铝型材和固定设置于两根平行的铝型材上的两块铝型板。

2.如权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，所述旋转装置包括：内置有舵机的壳体，且所述壳体上方设置有旋转平面，所述舵机与所述控制设备电性连接，通过控制所述舵机来控制所述旋转平面的转动。

3.如权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，所述扫描装置包括：内部设置有上下步进电机的扫描壳体，且于扫描壳体上方通过kinect支架连接有kinect传感器，所述扫描壳体下方通过一导轨滑台安置在导轨滑座上的滚珠丝杆上，且所述导轨滑座的一端设置有水平步进电机；

其中，所述上下步进电机和所述水平步进电机均与所述控制设备电性连接，通过控制所述步进电机来控制所述kinect传感器进行对焦和扫描。

4.一种三维扫描方法，其特征在于，所述方法包括：

将待扫描物体放置于旋转装置上；

控制扫描装置上下移动或者前进后退，进行对焦操作；

控制旋转装置进行旋转，以带动放置于旋转装置上的待扫描物体按照预设的角度旋转一周；

获取每次旋转装置按照预设的角度旋转后的多组初始三维扫描数据；

对初始三维扫描数据进行精细化处理得到结果三维扫描数据；

对多组结果三维扫描数据进行三角化处理和平滑处理，完成对待扫描物体的扫描工作。

5.如权利要求4所述的三维扫描方法，其特征在于，所述预设的角度为30°。

6.如权利要求4所述的三维扫描方法，其特征在于，所述精细化处理包括：

首先对所述初始三维扫描数据进行滤波算法，以滤去明显的杂数据，得到中间三维扫描数据；

而后将所述中间三维扫描数据的纵向方向上的数据分成n层，每一层内又等分出m份，将每一份的数据求取其平均值，所取得的平均值为最终数据，将每层的m份数据均采用同样的方法处理，从而得到精确的结果三维扫描数据。