CN108917650A - 一种可折叠结构光三维扫描设备 - Google Patents

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CN108917650A
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grid
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冯仲科
申朝永
范永祥
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Beijing Forestry University
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Beijing Forestry University
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2545—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object with one projection direction and several detection directions, e.g. stereo

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)

Abstract

本发明公开了一种利用激光发射器产生的网格结构光，通过双目视觉技术实现三维扫描成像的设备。该设备包括：一种可折叠结构光三维扫描设备，包括一个网格激光发射器三个摄像头，一个可调节频率的闪烁控制模块，一个可折叠的三叉型连接臂组成。闪烁控制模块控制激光发射器与双目相机同步，并与另外一台RGB相机交替开关；激光格网发射特定波长的激光棋盘格网线,两个摄像头组成双目相机，通过双目立体匹配获取三维点云,另一个摄像头获取被扫物体的RGB色彩信息并将其赋给对应的三维点，通过不断移动设备可实现连续扫描。

Description

一种可折叠结构光三维扫描设备
一、技术领域
本发明涉及一种利用激光发射器产生的结构光，通过摄影测量技术实现三维扫描成像的设备
二、技术背景
三维扫描技术是逆向工程、事故重建、古建筑恢复、土木工程、取证或工业制造领域常用的解决方案。传统的三维扫描仪利用激光测距原理来记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据，这些设备重量体积过大，不利于携带，特别是在狭小空间内使用。近年来新兴的结构光三维扫描技术，有效的解决了这一问题。
三、发明内容
本发明提供了一种利用激光发射器产生的网格结构光，通过双目视觉技术实现三维扫描成像的设备。本发明所采用的技术方案为：一种可折叠结构光三维扫描设备，包括一个网格激光发射器(可更换不同颜色)，三个摄像头(其中两个添加可更换的滤波片)，一个可调节频率的闪烁控制模块，一个可折叠的三叉型连接臂组成。激光格网发射特定波长的激光棋盘格网线；添滤波器(与激光波长相匹配)的两个摄像头组成双目相机，通过双目立体匹配获取三维点云；另一个摄像头(可更换不同焦距)获取被扫物体的RGB色彩信息并将其赋给对应的三维点；闪烁控制模块控制激光发射器与双目相机同步，并与另外一个RGB相机交替开关；可折叠三角连接臂将上述设备连接在一起，并通过折叠角度针对扫描距离的远近控制双目相机的基线长短。
本发明的有益效果为：本发明利用激光格网发射器，在扫描较远距离物体时有足够强度的反射光，双目相机也能清晰的记录格网形状，同时可更换不同颜色的激光器确保不受被扫物体色彩的影像；通过与激光器波长对应的滤波片使双目相机记录激光格网的特征更加明显、清晰，减少噪声干扰；通过闪烁模块控制的RGB相机可在激光器关闭时拍照，确保记录的物体颜色不受激光干扰；可调节的连接臂，通过转动调节双目基线长度，在扫描近距离物体时用短基线，在扫描远距离物体时用长基线，减少由于基线导致的重叠度和计算精度影响。本设备可为各行业提供一种便携、易用、高效、成本低廉的解决方案。
四、附图说明
下面结合附图和实例对本发明进一步说明。
图1为设备结构示意图
图2为折叠打开示意图
图3电路连接示意图
五、具体实施方式：
(1)连接臂为三叉型，两条细连接臂可连动旋转，在中心标注刻度，通过不同角度的旋转调节基线长短，粗的一端为中控，上部安装可调节频率的闪烁控制电路模块，下部安装锂电池为整套设备供电(图2)，；
(2)双目相机由两个摄像头组成，安放在两条细连接臂额端点，主光轴平行，滤光片与发射激光的波长相对应，UV镜设计，可安装到镜头前段，可更换(图1)；
(3)激光器安装在粗臂的末端，可选择650nm/520nm/450nm的红光/绿光/蓝光，格网根据扫描密度可选择20×20、50×50等多种(图1)；
(4)RGB摄像头安装在连接臂的中心位置，与双目相机主光轴保持平行，可根据扫描距离远近更换不同焦距(图1)；
(5)闪烁控制电路模块用来控制激光器的打开，同时双目相机同步曝光，激光器关闭，RGB摄像头曝光，根据扫描移动速度可手动调节频率(图3)；
(6)工作时，三个摄像头均保持在打开状态，第一步，由闪烁控制模块控制格网激光器打开，并控制双目相机同步拍摄记录拍摄目标反射的激光格网形状，通过双目立体匹配算法获取三维点云，通过摄影测量相对定向原理计算点云在像空间直角坐标系的点云坐标(X,Y,Z)，以及三个摄像头在像空间坐标系的外方位元素(X,Y,Z,Ψ、ψ、K)；第二步，闪烁控制模块控制激光器关闭，控制RGB摄像头拍摄记录目标的RGB，利用摄影测量原理由点云坐标求得每个点的RGB色彩信息，即可获取扫描物体的三维彩色点云；最后，不断移动设备重复上述两步，即可实现连续扫描。
(7)设备数据可通过手机或平板电脑连接，实时记录显示，也可将数据保存在相机中，通过后处理计算获取。
本说明书未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (2)

1.一种通利用激光器发射的格网结构光，通过双目视觉技术实现三维扫描成像的设备,其特征是：一种可折叠结构光三维扫描设备，包括一个格网激光发射器(可更换不同颜色)，三个摄像头(其中两个添加可更换的滤波片)，一个可调节频率的闪烁控制模块，一个可折叠的三叉型连接臂组成
(1)连接臂为三叉型，两条细连接臂可连动旋转，在中心标注刻度，通过不同角度的旋转调节基线长短，粗的一端为中控，上部安装可调节频率的闪烁控制电路模块，下部安装锂电池为整套设备供电；可折叠三角连接臂将上述设备连接在一起，并通过折叠角度针对扫描距离的远近控制双目相机的基线长短
(2)双目相机由两个摄像头组成，安放在两条细连接臂额端点，主光轴平行，滤光片与发射激光的波长相对应，UV镜设计，可安装到镜头前段，可更换；
(3)激光器安装在粗臂的末端，可选择650nm/520nm/450nm的红光/绿光/蓝光，格网根据扫描密度可选择20×20、50×50等多种型号；
(4)RGB摄像头安装在连接臂的中心位置，与双目相机主光轴保持平行，可根据扫描距离远近更换不同焦距。
2.利用权利1所述设备获取目标物三维点云，具体流程如下：
(1)闪烁控制电路模块用来控制激光器的打开，同时双目相机同步曝光，激光器关闭，RGB摄像头曝光，根据扫描移动速度可手动调节频率；
(2)激光格网发射特定波长的激光棋盘格网线；
(3)添加滤波器(与激光波长相匹配)的两个摄像头组成双目相机，通过双目立体匹配获取三维点云；
(4)另一个摄像头(可更换不同焦距)获取被扫物体的RGB色彩信息并将其赋给对应的三维点。
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