CN104949632A

CN104949632A - 物体表面形状三维扫描系统

Info

Publication number: CN104949632A
Application number: CN201510393856.4A
Authority: CN
Inventors: 张志波; 白曦东
Original assignee: 3D CAMEGA Co Ltd
Current assignee: 3D CAMEGA Co Ltd
Priority date: 2015-07-07
Filing date: 2015-07-07
Publication date: 2015-09-30

Abstract

本申请涉及数据采集领域，尤其涉及一种物体表面形状三维扫描系统，包括多组单色光扫描装置，多组所述单色光扫描装置围绕一中心设置，用于对处于所述中心的物体的三维形状进行扫描，每组所述单色光扫描装置均仅能够发射以及接收同一波长范围内的单色光，且相邻的所述单色光扫描装置所发射以及接收的单色光的波长范围不重叠。本申请所提供的物体表面形状三维扫描系统能够使其中的多组单色光扫描装置同时互不干扰的进行工作，同步获取物体各部分的表面形状图像，大幅缩短了检测所需时间，有效降低了活动物体在检测过程中的外部形状发生大幅变化的几率，提高了所获取图像的一致性和连贯性，从而降低了图像的拼接难度。

Description

物体表面形状三维扫描系统

技术领域

本申请涉及数据采集领域，尤其涉及一种物体表面形状三维扫描系统。

背景技术

相关技术中，光学三维扫描技术现已广泛应用于物体的三维形状检测领域，由于三维扫描装置每次扫描范围的限制，完整的物体三维形状检测需要多次使用三维扫描装置对物体的各个部位分别进行扫描，最终通过拼接技术将每次扫描结果拼接成完整的物体三维形状。

对于静止物体来讲，一般的三维扫描装置完全可以实现。但对于活动物体，例如人体的检测，由于被检测的对象是动态的，其外部形状在人体自身生理需要或者主观意识的控制下随时可能发生改变，并且随着检测时间的延长，人体的自控能力会越来越低，变化的幅度也会越来越大。如果检测时间过长很可能导致三维扫描装置所获取的各个部位的形状的在拼接过程中遇到困难。因此如何尽量缩短检测时间是针对活体检测时一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种物体表面形状三维扫描系统，能够大幅缩短检测时间，提高所获取图像的一致性，降低拼接难度。

本申请提供了一种物体表面形状三维扫描系统，包括多组单色光扫描装置，多组所述单色光扫描装置围绕一中心设置，用于对处于所述中心的物体的三维形状进行扫描，每组所述单色光扫描装置均仅能够发射以及接收同一波长范围内的单色光，且相邻的所述单色光扫描装置所发射以及接收的单色光的波长范围不重叠。

优选地，每组所述单色光扫描装置能够发射以及接收的单色光均为红外光、红光、绿光以及蓝光中的任意一种。

优选地，所述红外光的波长范围为840nm～940nm；所述红光的波长范围为610nm～650nm；所述绿光的波长范围为520nm～550nm；所述蓝光的波长范围为440nm～470nm。

优选地，所述红外光的波长范围为840nm～860nm；所述红光的波长范围为619nm～629nm；所述绿光的波长范围为520nm～535nm；所述蓝光的波长范围为452nm～462nm。

优选地，至少包括发射以及接收红外光、红光、绿光以及蓝光的所述单色光扫描装置各一组。

优选地，包括八组所述单色光扫描装置，其中包括发射以及接收红外光、红光、绿光以及蓝光的所述单色光扫描装置各两组。

优选地，围绕所述中心相对设置的两组所述单色光扫描装置所发射以及接收的单色光的波长范围一致。

优选地，所述单色光扫描装置包括结构光投影部件以及光接收部件；

所述结构光投影部件包括控制装置以及沿着光的传播方向依次设置的单色光源、透镜、电子光栅以及投影镜头，所述控制装置与所述电子光栅通信连接；

所述光接收部件包括图像处理装置以及沿着光的传播方向依次设置的窄带滤波片、照相镜头以及图像传感器，所述图像处理装置与所述图像传感器通信连接。

优选地，所述控制装置与所述图像处理装置集成为一体。

优选地，还包括同步控制器，每组所述单色光扫描装置均与所述同步控制器通信连接。

本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：

本申请所提供的物体表面形状三维扫描系统能够使其中的多组单色光扫描装置同时互不干扰的进行工作，同步获取物体各部分的表面形状图像，大幅缩短了检测所需时间，有效降低了活动物体在检测过程中的外部形状发生大幅变化的几率，提高了所获取图像的一致性和连贯性，从而降低了图像的拼接难度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为本申请实施例所提供的物体表面形状三维扫描系统的使用状态参考图；

图2为本申请实施例所提供的单色光扫描装置的结构示意图。

附图标记：

10-单色光扫描装置；

100-结构光投影部件；

1000-单色光源；1002-透镜；1004-电子光栅；1006-投影镜头；

102-光接收部件；

1020-窄带滤波片；1022-照相镜头；1024-图像传感器；

104-控制电路；

20-同步控制器。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。文中所述“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中的物体表面形状三维扫描系统的放置状态为参照。

如图1所示，本申请实施例提供了一种物体表面形状三维扫描系统，主要用于对人体的表面形状进行扫描，包括多组单色光扫描装置10以及同步控制器20。多组单色光扫描装置10围绕一中心设置，用于对处于中心的物体的三维形状进行扫描。单色光扫描装置10的设置数量与被扫描物体的大小以及结构复杂程度有关，物体越小表面形状越规整则所需要的单色光扫描装置10的数量就越少。一般情况下，围绕物体在四周的四个方向上各设置一组单色光扫描装置10便可实现对物体侧面360度进行全方位扫描。

本实施例中，考虑到人体的高度较高，采用一组单色光扫描装置10无法对人体在高度方向上由上至下进行较为完整的扫描，因此以人体中部为中心分别设置了上、下两层单色光扫描装置10，每层单色光扫描装置10的数量均为四组。八组单色光扫描装置10均与同步控制器20进行通信连接，并在同步控制器20的控制下同步进行扫描作业。

每组单色光扫描装置10均仅能够发射以及接收同一波长范围内的单色光，例如仅能够发射和接收红外光或者仅能够发射和接收绿光。由于要对物体表面进行全面扫描，不能存在遗漏，因此相邻的单色光扫描装置10所发射的光线的覆盖范围以及所接收光线的范围往往会存在一定程度的重叠，如果相邻的单色光扫描装置10所发射或者接收的单色光的范围出现重叠，则会造成相互干扰，导致单色光扫描装置10无法正常获取自身所发射的单色光所形成的物体表面的图像。因此，相邻的单色光扫描装置10所发射以及接收的单色光的波长范围不能重叠。

单色光的光源可以在按照光线的波长范围分成的互不重叠的多个区间内进行任意选择，虽然理论上处于不同区间内的光线对于技术的实现均不会相互干扰，但由于产品制造成本、制造工艺、成像部件等的限制，其成像效果可能会存在很大差异。基于此，本申请中的单色光的光源可以在几种波长间隔较大，并且接收设备较为敏感的范围内进行选择，例如在红外光、红光、绿光或者蓝光之间进行选择。如果需要更多组的单色光扫描装置10，将发射以及接收的单色光的单色光扫描装置10围绕物体的中心相对设置。这样能够使发射和接收同一单色光的两组单色光扫描装置10在系统中所处的距离最远，并且由于物体的遮挡，两侧的单色光扫描装置10均能够互不干扰的相互工作。

考虑到设备的光感度以及发射与接收的光源的一致性，四种单色光的波长均应处于一定范围内，例如，红外光的波长范围在840nm～940nm之内；红光的波长范围在610nm～650nm之内；绿光的波长范围在520nm～550nm之内；蓝光的波长范围在440nm～470nm之内。发射的单色光的波长范围可与接收的单色光范围一致或略小，但最好不要超出接收的单色光范围。因为这意味着超出的部分无法被接收，从而造成图像的缺损。为了提高系统的检测精度，单色光的波长最好能够控制在更小的范围内，例如，红外光的波长范围在840nm～860nm之内；红光的波长范围在619nm～629nm之内；绿光的波长范围在520nm～535nm之内；蓝光的波长范围在452nm～462nm之内。这样能够获得更好的图像效果，同时由于波长范围更加集中，因此相互干扰的可能性更低。

本实施例中，八组单色光扫描装置10中，发射以及接收红外光、红光、绿光以及蓝光的单色光扫描装置10的数量均为两组。四种颜色的单色光扫描装置10每一层均设置一组。上层与下层发射与接收同种单色光的单色光扫描装置10相对设置(例如一个设置在左上方，另一个设置在右下方)。这样，这两组单色光扫描装置10一个扫描人体上半部的一侧，另一个扫描人体下半部的相对的一侧，在横向以及纵向上均相对。

下面对单色光扫描装置10的具体结构进行详细描述。如图2所示，单色光扫描装置10包括结构光投影部件100、光接收部件102以及控制电路104。结构光投影部件100用于向物体投射单色光，包括沿着光的传播方向依次设置的单色光源1000、透镜1002、电子光栅1004以及投影镜头1006。光接收部件102用于接收结构光投影部件100投射在物体表面后反射回光接收部件102的光线，包括沿着光的传播方向依次设置的窄带滤波片1020、照相镜头1022以及图像传感器1024。电子光栅1004以及图像传感器1024均与控制电路104连接。

在结构光投影部件100中：单色光源1000用于产生特定波长的单色光，透镜1002将单色光源1000发出的光变换成平行光照射在电子光栅1004上，电子光栅1004在控制电路104的控制下产生特定的编码图案，并将经过电子光栅1004的平行光聚焦到投影镜头1006上，投影镜头1006将电子光栅1004产生的图案成像在被测物体表面上生成特定波长的编码主动光图案。

在光接收部件102中：窄带滤色片1020用于过滤其它波长的光而只允许特定波长的单色光通过，相机镜头1022接收通过窄带滤色片1020的光学图案成像在图像传感器1024上，图像传感器，1024将编码图像的光信息转换成数字电信息并将数字电信息传送给控制电路104、控制电路104将图像传感器1024送入的数字电信息经过处理后通过接口传给后台计算机进行三维重建处理。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种物体表面形状三维扫描系统，其特征在于，包括多组单色光扫描装置，

多组所述单色光扫描装置围绕一中心设置，用于对处于所述中心的物体的三维形状进行扫描，

每组所述单色光扫描装置均仅能够发射以及接收同一波长范围内的单色光，且相邻的所述单色光扫描装置所发射以及接收的单色光的波长范围不重叠。

2.根据权利要求1所述的物体表面形状三维扫描系统，其特征在于，每组所述单色光扫描装置能够发射以及接收的单色光均为红外光、红光、绿光以及蓝光中的任意一种。

3.根据权利要求2所述的物体表面形状三维扫描系统，其特征在于，所述红外光的波长范围为840nm～940nm；所述红光的波长范围为610nm～650nm；所述绿光的波长范围为520nm～550nm；所述蓝光的波长范围为440nm～470nm。

4.根据权利要求3所述的物体表面形状三维扫描系统，其特征在于，所述红外光的波长范围为840nm～860nm；所述红光的波长范围为619nm～629nm；所述绿光的波长范围为520nm～535nm；所述蓝光的波长范围为452nm～462nm。

5.根据权利要求2至4任一项所述的物体表面形状三维扫描系统，其特征在于，至少包括发射以及接收红外光、红光、绿光以及蓝光的所述单色光扫描装置各一组。

6.根据权利要求5所述的物体表面形状三维扫描系统，其特征在于，包括八组所述单色光扫描装置，其中包括发射以及接收红外光、红光、绿光以及蓝光的所述单色光扫描装置各两组。

7.根据权利要求6所述的物体表面形状三维扫描系统，其特征在于，围绕所述中心相对设置的两组所述单色光扫描装置所发射以及接收的单色光的波长范围一致。

8.根据权利要求1所述的物体表面形状三维扫描系统，其特征在于，所述单色光扫描装置包括结构光投影部件以及光接收部件；

9.根据权利要求8所述的物体表面形状三维扫描系统，其特征在于，所述控制装置与所述图像处理装置集成为一体。

10.根据权利要求1所述的物体表面形状三维扫描系统，其特征在于，还包括同步控制器，每组所述单色光扫描装置均与所述同步控制器通信连接。