CN106679590A - 三维扫描设备及三维扫描仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维扫描设备及其三维扫描仪，三维扫描仪包括扫描仪本体，还包括设置在所述扫描仪本体外表面上的至少三个光学标志点，且任意三个所述光学标志点均不在同一直线上。由于两个定位摄像头的角度以及两个定位摄像头之间的距离可以在扫描前设定好，因此使用该三维扫描仪时可以在任何场合进行扫描，扫描过程中只需捕获扫描仪本体的外表面上的光学标志点，可以便捷简单的保证至少三个不在同一直线的光学标志点和三维扫描仪始终都能够被定位装置的定位摄像头捕获。

Description

三维扫描设备及三维扫描仪

技术领域

本发明涉及视觉测量技术领域，更具体地说，涉及一种三维扫描设备、三维扫描仪。

背景技术

便携式双目三维扫描仪设备因具有轻便、易操作、性价比高的特点而具有广泛的应用前景，其包括三维扫描仪和用于获取三维扫描仪位置的定位装置。进行扫描时，三维扫描仪在空间位置中不断地移动、翻转，三维扫描仪的双目相机逐步测量被扫描目标的表面数据，计算机通过定位装置同步获取三维扫描仪的位置信息、角度信息，通过将三维扫描仪的方位信息与对应的三维扫描仪测量数据相结合，进行一系列的曲面重构在计算机中合成被扫物体表面三角网格模型。

为获得扫描仪的方位信息，一般通过在定位装置上安装双目摄像头实时捕捉参考点，计算并记录其相对扫描仪的位置信息，从而得到扫描仪的位置信息。然而在扫描过程中需要保证扫描仪和至少三个不在同一直线上的三个标志点(参考点)均在定位装置的双目摄像头中，如此在一些场合很难保证。尤其在生产线上、人脸扫描和食品行业等一些场合是不可预先放置标志点(参考点)的，故一些场合很难满足。

另外，还可以利用外部机械装置实时测量扫描仪的位置信息，例如类似CMM(三坐标测量仪)、机械臂、伺服转台、伺服导轨或光栅尺等机构。然而使用上述机构时其需要较高的刚度和较大质量，移动较费时费力，且对运动轨迹和范围也有局限性。

综上所述，如何便捷简单的保证标志点和三维扫描仪始终都能够被定位装置的摄像头捕获，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种三维扫描仪，该三维扫描仪的结构设计可以便捷简单的保证标志点和三维扫描仪始终都能够被定位装置的双目摄像头捕获，本发明的第二个目的是提供一种包括上述三维扫描仪的三维扫描设备。

为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：

一种三维扫描仪，包括扫描仪本体，还包括设置在所述扫描仪本体外表面上的至少三个光学标志点，且任意三个所述光学标志点均不在同一直线上。

优选地，上述三维扫描仪中，所述扫描仪本体外表面上的多个光学标志点均不相同。

优选地，上述三维扫描仪中，所述光学标志点的数量为10-15个。

优选地，上述三维扫描仪中，所述扫描仪本体上还设置有第一照明件。

一种三维扫描设备，包括三维扫描仪和能够获取三维扫描仪位置信息的定位装置，所述三维扫描仪为如上述中任一项所述的三维扫描仪。

优选地，上述三维扫描设备中，所述定位装置包括定位支架和设置在所述定位支架上的两个定位摄像头；

所述定位支架包括底座、与所述底座固定连接的竖杆和与所述竖杆连接的横杆，所述横杆和竖杆中的一个为伸缩杆，且为伸缩杆的一个能够沿着所述横杆和竖杆中的另一个滑动，两个所述定位摄像头固定在所述横杆上。

优选地，上述三维扫描设备中，还包括设置于所述定位摄像头的周围还设置有多个第二照明件。

优选地，上述三维扫描设备中，所述定位支架上还固定有投影仪。

本发明提供的三维扫描仪包括扫描仪本体，重点在于，扫描仪本体的外表面上设置有至少三个光学标志点，并且多个光学标志点中任意三个光学标志点均不在同一直线上。即扫描仪本体的外表面上遍布有至少三个光学标志点，且任意三个光学标志点能够确定一个平面。

应用本发明提供的三维扫描仪时，在扫描前，将定位装置的两个定位摄像头的角度设定好，且两个定位摄像头之间的距离设定好。扫描过程中保证任意时刻三维扫描仪的至少三个不在同一直线上的光学标志点能够被定位装置的定位摄像头捕获。如此可以分析定位摄像头捕获的图像，将定位摄像头扫描过程中捕获的具有光学标志点的图像进行分析进而分析得出三维扫描仪的位置信息。由于两个定位摄像头的角度以及两个定位摄像头之间的距离可以在扫描前设定好因此使用该三维扫描仪时可以在任何场合进行扫描，扫描过程中只需捕获扫描仪本体的外表面上的光学标志点，可以便捷简单的保证至少三个不在同一直线的光学标志点和三维扫描仪始终都能够被定位装置的定位摄像头捕获。

为了达到上述第二个目的，本发明还提供了一种三维扫描设备，该三维扫描设备包括上述任一种三维扫描仪。由于上述的三维扫描仪具有上述技术效果，具有该三维扫描仪的三维扫描设备也应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的三维扫描仪的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的定位装置的结构示意图；

图3为图2中A区域的局部放大图；

图4为支架的结构示意图。

在图1-4中：

1a-扫描摄像头、1b-光学标志点、1c-扫描仪本体、1d-手柄、2a-竖杆、2a1-齿条、2b-横杆、2c-投影仪、2d-控制件、2e-底座、2f-定位摄像头、2h-第二照明件、3-支架、3a-支撑环。

具体实施方式

本发明的第一个目的在于提供一种三维扫描仪，该三维扫描仪的结构设计可以便捷简单的保证标志点和三维扫描仪始终都能够被定位装置的双目摄像头捕获，本发明的第二个目的是提供一种包括上述三维扫描仪的三维扫描设备。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图4，本发明实施例提供的三维扫描仪包括扫描仪本体1c，重点在于，扫描仪本体1c的外表面上设置有至少三个光学标志点1b，并且多个光学标志点1b中任意三个光学标志点1b均不在同一直线上。即扫描仪本体1c的外表面上遍布有至少三个光学标志点1b，且任意三个光学标志点1b能够确定一个平面。

应用本发明实施例提供的三维扫描仪时，在扫描前，将定位装置的两个定位摄像头2f的角度设定好，且两个定位摄像头2f之间的距离设定好。扫描过程中保证任意时刻三维扫描仪的至少三个不在同一直线上的光学标志点1b能够被定位装置的定位摄像头2f捕获。如此可以分析定位摄像头2f捕获的图像，将定位摄像头2f扫描过程中捕获的具有光学标志点1b的图像进行分析，进而分析得出三维扫描仪的位置信息。由于两个定位摄像头2f的角度以及两个定位摄像头2f之间的距离可以在扫描前设定好，因此使用该三维扫描仪时可以在任何场合进行扫描，扫描过程中只需捕获扫描仪本体1c的外表面上的光学标志点1b，可以便捷简单的保证至少三个不在同一直线的光学标志点1b和三维扫描仪始终都能够被定位装置的定位摄像头2f捕获。

该扫描仪本体1c的外表面可以为球面的局部，多个光学标志点1b遍布在扫描仪本体1c的外表面上。当然，扫描仪本体1c的外表面也可以为弧面，在此不作限定。

三维扫描仪还包括两个扫描摄像头1a，并且两个扫描摄像头1a固定在扫描仪本体1c的一侧。为了扫描时便于手持三维扫描仪，该三维扫描仪还可以包括手柄1d，手柄1d可以设置在扫描仪本体1c的另一侧，当然手柄1d也可以设置在其它位置，在此不作限定。

优选地，扫描仪本体1c外表面上的多个光学标志点1b可以均不相同。如此可以根据定位摄像头2f扫描到的图像中的至少三个光学标志点1b来判断三维扫描仪的方位，即可以判断出三维扫描仪的扫描摄像头1a的朝向。

优选地，光学标志点1b的数量可以为10-15个。当然，光学标志点1b的数量也可以大于15个或者为9个，在此不作限定。

为了防止光线过暗影响扫描的效果，该扫描仪本体1c上还设置有第一照明件。具体地，第一照明件可以为多个，扫描摄像头1a的周围均设置有第一照明件。优选地，扫描摄像头1a的周围均设置有多个第一照明件。第一照明件可以具体为LED灯。

光学标志点1b可以具体为粘贴在扫描仪本体1c外表面上的多个编码图片，多个编码图片的编码信息均不相同。或者光学标志点1b也可以为直接涂敷在扫描仪本体1c外表面上的多个编码图画，多个编码图画的编码信息均不相同，或者，多个点或图画的形状均不相同。当然，光学标志点1b还可以为固定在扫描仪本体1c外表面上的能够起编码作用的多个物体，该物体可以任意形状任意颜色。

基于上述实施例中提供的三维扫描仪，本发明还提供了一种三维扫描设备，该三维扫描设备包括三维扫描仪和能够获取三维扫描仪的位置信息的定位装置，其中三维扫描仪为上述实施例中任意一种三维扫描仪。由于该三维扫描设备采用了上述实施例中的三维扫描仪，所以该三维扫描设备的有益效果请参考上述实施例。

进一步地，上述实施例中的定位装置包括定位支架和设置在定位支架上的两个定位摄像头2f。其中，定位支架包括底座2e、竖杆2a和横杆2b，竖杆2a与底座2e固定连接，横杆2b与竖杆2a连接。即竖杆2a的底端与底座2e固定连接，横杆2b与竖杆2a可以相互垂直设置。横杆2b和竖杆2a中的一个为伸缩杆，且为伸缩杆的一个能够沿着横杆2b和竖杆2a中的另一个滑动，两个定位摄像头2f固定在横杆2b上。若竖杆2a为伸缩杆，则竖杆2a能够沿着横杆2b滑动，如此竖杆2a伸缩时能够调整两个定位摄像头2f的高度，竖杆2a沿着横杆2b滑动时能够调整两个定位摄像头2f的水平位置。两个定位摄像头2f可以分别固定在横杆2b的两端。

定位摄像头2f可以为CCD摄像头，在此不作限定。

优选地，横杆2b为伸缩杆，且竖杆2a上具有齿条2a1，还包括与横杆2b连接的齿轮，齿轮与竖杆2a上的齿条2a1啮合以形成齿轮齿条结构。如此齿轮转动以实现横杆2b沿着竖杆2a上下移动。具体地，伸缩杆可以包括滑套以及套设在滑套内部的第一分杆和第二分杆，第一分杆和第二分杆沿着滑套移动以实现整个横杆2b长度的调节。定位支架还可以包括控制件2d，该控制件2d能够控制横杆2b的伸缩和横杆2b沿着竖杆2a的滑动方向和距离，该定位件可以固定在底座2e上。

为了防止光线过暗影响定位的效果，三维扫描设备的定位摄像头2f的周围还可以设置有多个第二照明件2h，具体两个定位摄像头2f的周围都应该设置第二照明件2h。每个定位摄像头2f周围可以设置多个第二照明件2h，具体每个定位摄像头2f周围可以设置4个第二照明件2h。第二照明件2h可以具体为LED灯。

另外，定位支架上还固定有投影仪2c，投影仪2c可以固定在横杆2b上。在扫描时，投影仪2c投射结构光，扫描过程中也可以将结构光作为参考物以确定三维扫描仪的位置。

具体在使用该三维扫描设备时开机检查设备，逐条检查一下条件：

(a)三维扫描仪与定位装置是否能够完整清晰成像，如有问题，检查或进行更换；

(b)三维扫描仪在扫描过程中是否始终处于定位装置的定位摄像头2f的有效视场中，若否则调整定位装置的横杆2b和竖杆2a，使定位摄像头2f的视场与三维扫描仪的移动范围相匹配并同时满足条件(a)；

(c)三维扫描设备整体布局是否有容纳测量人员的空间并同时满足条件(a)(b)。

本发明的提供的三维扫描设备实现了对三维扫描仪空间方位的便捷、快速、高精度测量，提高了设备适用范围，在生产线检测、人体测量方面有重要意义。另外，定位装置结构简单，易于架设，相对于机械式外部定位方法具有操作简单、便携性好的特点，三维扫描仪由测量人员操作，其运动轨迹比较随意，只需保证在使用时运动范围不超出定位装置的有效视场即可，无需反复调整定位装置本身。

为了便于放置被扫描物体，该三维扫描设备还可以包括用于支撑被扫描物体的支架3。如此进行扫描时可以将被扫描物体放置在支架3上即可。支架的用于支撑被扫描物体的部位可以为支撑环3a，其可以为碗状，在此不作限定。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种三维扫描仪，包括扫描仪本体(1c)，其特征在于，还包括设置在所述扫描仪本体(1c)外表面上的至少三个光学标志点(1b)，且任意三个所述光学标志点(1b)均不在同一直线上。

2.根据权利要求1所述的三维扫描仪，其特征在于，所述扫描仪本体(1c)外表面上的多个光学标志点(1b)均不相同。

3.根据权利要求1所述的三维扫描仪，其特征在于，所述光学标志点(1b)的数量为10-15个。

4.根据权利要求1所述的三维扫描仪，其特征在于，所述扫描仪本体(1c)上还设置有第一照明件。

5.一种三维扫描设备，包括三维扫描仪和能够获取三维扫描仪位置信息的定位装置，其特征在于，所述三维扫描仪为如权利要求1-4中任一项所述的三维扫描仪。

6.根据权利要求5所述的三维扫描设备，其特征在于，所述定位装置包括定位支架和设置在所述定位支架上的两个定位摄像头(2f)；

所述定位支架包括底座(2e)、与所述底座(2e)固定连接的竖杆(2a)和与所述竖杆(2a)连接的横杆(2b)，所述横杆(2b)和竖杆(2a)中的一个为伸缩杆，且为伸缩杆的一个能够沿着所述横杆(2b)和竖杆(2a)中的另一个滑动，两个所述定位摄像头(2f)固定在所述横杆(2b)上。

7.根据权利要求5所述的三维扫描设备，其特征在于，还包括设置于所述定位摄像头(2f)的周围还设置有多个第二照明件(2h)。

8.根据权利要求5所述的三维扫描设备，其特征在于，所述定位支架上还固定有投影仪(2c)。