CN108955526A - 一种光场扫描装置及其光场扫描方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种光场扫描装置，包括：柔光箱、转台、弧形导轨和主控系统；柔光箱侧向开口；转台水平设置在所述柔光箱内，转台上盛放有被扫描物品和立体标记参照物；弧形导轨上可设置有云台，云台上的拍摄设备的镜头朝向转台方向；主控系统控制全局光系统、转台、云台和拍摄设备的电路系统，还可生成系统接收和分析拍摄设备采集到的图像数据。本发明还提出一种光场扫描方法，用于以上所述的光场扫描装置。本发明的光场扫描装置和光场扫描方法融合复合扫描技术、图像测绘技术、白光扫描技术和光度扫描技术于一体，可扫描几乎所有类型的物品材质，在扫描物品的三维几何外形同时，还能生成超高精度法线图、漫反射图、全局光图、高光贴图和深度贴图。

Description

一种光场扫描装置及其光场扫描方法

技术领域

本申请涉及三维扫描和虚拟现实领域，特别是涉及一种光场扫描装置，以及一种广场扫描方法。

背景技术

随着AR、VR、MR、3D打印和全息技术的发展，人们对于图像内容的需求已经从2D时代升级成为3D时代。3D内容的快速产出是极大的市场需求和痛点。而主流的3D扫描技术，价格昂贵、方案单一，而且对技术人员的操作要求高，扫描结果也不理想。根本不能满足市场的高速发展需求。众所周知，3D扫描行业对于物品材质比较敏感，每种材质都有特殊的对应扫描方案。如透明材质、高光材质和哑光材质等等。而生活中的商品材质千奇百怪，尤其是很多商品是复合材料，扫描中经常遇到一个物品无法扫描或者仅有一部分可以被扫描，或是能扫描该物品的三维几何外形，却难以获取该物品的真实材质贴图。

发明内容

鉴于以上问题，本发明第一个目的是提出一种光场扫描装置，第二个目的是提出一种光场扫描方法，通过该光场扫描装置和光场扫描方法融合复合扫描技术、图像测绘技术、白光扫描技术和光度扫描技术于一体，可扫描几乎所有类型的物品材质，在扫描物品的三维几何外形的同时，还能生成超高精度法线图、漫反射图、全局光图、高光贴图和深度贴图。

本发明的第一方面的内容提出一种光场扫描装置，包括：柔光箱、转台、弧形导轨和主控系统；所述柔光箱侧向开口；所述转台水平设置在所述柔光箱内，所述转台上盛放有被扫描物品和立体标记参照物；所述弧形导轨的弧心点位于所述转台的中央，所述弧形导轨上可设置有云台，所述云台上设置拍摄设备和白光投影系统，所述拍摄设备和所述白光投影系统朝向所述转台方向；所述主控系统包含主控电路系统和三维模型生成系统；所述主动电路系统控制所述转台、云台和拍摄设备的电路系统；所述三维模型生成系统接收和分析所述拍摄设备采集到的图像数据。

根据本发明的光场扫描装置，转台与柔光箱之间设置有电动旋转机构，可通过主控系统控制电动旋转机构带动转台转动和停止，转台带动被扫描物品在水平面上自转，展示被扫描物品的顶面和各个侧面。弧形导轨设置在柔光箱的开口外侧，云台可在主控系统的控制下沿着弧形导轨爬行或静止在弧形导轨的某处，云台上的白光投影系统用于增强被扫描物品的表面特征，光场照明系统为被扫描物品提供某一个方向的照明，拍摄设备可在不同倾角下拍摄到转台上的被扫描物品的图像，获取被扫描物品的全方位的图像数据，主控系统中的三维模型生成系统根据拍摄设备发送的被扫描物品的多个图像信息后，可结合立体标记参照物生成被扫描物品的三维模型。本发明的光场扫描装置融合复合扫描技术、图像测绘技术、白光扫描技术和光度扫描技术于一体，可扫描几乎所有类型材质的物品。

可选地，所述柔光箱的外侧设置有全局光系统。

根据本发明的光场扫描装置，全局光系统包含多个柔光光源，使柔光箱内光线分布均匀。

可选地，所述转台的表面铺设有辅助识别纸。

可选地，所述转台上被扫描物品的周围设置有光度识别球体。

根据本发明的光场扫描装置，辅助识别纸和光度识别球体用于增加计算机对物品的视觉识别度，帮助主控系统在后期对被扫描物品进行3D合成和3D空间大小测量。

可选地，所述白光投影系统可向被扫描物品投射结构光、二维码、噪点光斑、杂点、激光和红外射线中的一种或多种。

根据本发明的光场扫描装置，白光投影系统可向被扫描物品投射结构光、二维码、噪点光斑、杂点、激光和红外射线或其他科增加机器视觉识别度的光照方法，用于增强被扫描物品的表面特征，便于主控系统视觉识别其表面几何结构。

可选地，所述光场照明系统包括多个点光源，多个所点光源分布在所述拍摄设备的镜头的周围。

根据本发明的光场扫描装置，光场照明系统可为被扫描物品提供一个方向的照明，光场照明系统中的多个点光源每次仅有一个或一部分点光源亮起，其他点光源关闭。

本发明第二方面内容提出一种光场扫描方法，用于以上所述的光场扫描装置，包括：依次单独启动全局光系统、白光投影系统和光场照明系统，并在单独启动全局光系统、白光投影系统和光场照明系统时通过拍摄设备对被扫描物品进行摄影；通过转台和/或云台改变被扫描物品的拍摄角度，再重复上述步骤对被扫描物品进行摄影，直至转台转动一周；通过主控系统对拍摄设备采集到的多组摄影数据进行分析，生成被扫描物品的三维模型、超高精度法线图、漫反射图、全局光图、高光贴图和深度贴图。

根据本发明的光场扫描方法，转台每转动特定的角度，拍摄设备都会在单独启动全局光系统、单独启动白光投影系统和单独启动光照照明系统的情况下对被扫描物品进行摄影，同时，云台也随着转台的转动而改变其在弧形导轨上的位置，得到被扫描物品的不同角度的图像。并将以上图像发送给主控系统，主控系统通过三维模型生成系统对图像进行数据分析，并生成被扫描物品的3D模型、超高精度法线图、漫反射图、全局光图、高光贴图和深度贴图。

可选地，启动光场照明系统时，依次单独点亮光场照明系统中的其中一个点光源，并通过拍摄设备对被扫描物品进行摄影。

可选地，在主控系统中预先设置全局光系统、白光投影系统和光场照明系统的灯光强弱和开闭顺序。在主控系统中预先设置转台的旋转角度和旋转速度、云台的移动弧长和移动速度以及转台和云台的运行的间歇时间。

根据本发明的光场扫描方法，可通过主控系统对转台的旋转角度和旋转速度、云台的移动弧长和移动速度以及转台和云台的运行的间歇时间进行编排，并且在转台和云台的间歇时间内对全局光系统、白光投影系统和光场照明系统的灯光强弱和开闭顺序进行预先设置和编排，可以针对不同的被扫描物品预设多种扫描方案，并且可以一键自动扫描，在扫描过程中不需要人工干预。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是本发明的光场扫描装置的一种实施例的结构示意图；。

在以上图中：1主控系统；2柔光箱；3转台；4辅助识别纸；5被扫描物品；6光度识别球体；7立体标记参照物；8全局光系统；9弧形导轨；10云台；11拍摄设备；12白光投影系统；13光场照明系统。

具体实施方式

参考图1，本发明的第一方面内容的实施例提出一种光场扫描装置，包括：柔光箱2、转台3、弧形导轨9和主控系统1；所述柔光箱2侧向开口；所述转台3水平设置在所述柔光箱2内，所述转台3上盛放有被扫描物品5和立体标记参照物7；所述弧形导轨9的弧心点位于所述转台3的中央，所述弧形导轨9上可设置有云台10，所述云台10上设置拍摄设备11和白光投影系统12，所述拍摄设备11和所述白光投影系统12朝向所述转台3方向；所述主控系统1包含主控电路系统和三维模型生成系统；所述主动电路系统控制所述转台3、云台10和拍摄设备11的电路系统；所述三维模型生成系统接收和分析所述拍摄设备11采集到的图像数据。

在以上实施例中，转台3与柔光箱2之间设置有电动旋转机构，可通过主控系统1控制电动旋转机构带动转台3转动和停止，转台3带动被扫描物品5在水平面上自转，展示被扫描物品5的顶面和各个侧面。弧形导轨9设置在柔光箱2的开口外侧，云台10可在主控系统1的控制下沿着弧形导轨9爬行或静止在弧形导轨9的某处，云台10上的白光投影系统12用于增强被扫描物品5的表面特征，光场照明系统13为被扫描物品5提供某一个方向的照明，拍摄设备11可在不同倾角下拍摄到转台3上的被扫描物品5的图像，获取被扫描物品5的全方位的图像数据，主控系统1中的三维模型生成系统根据拍摄设备11发送的被扫描物品5的多个图像信息后，可结合立体标记参照物7生成被扫描物品5的三维模型。本发明的光场扫描装置融合复合扫描技术、图像测绘技术、白光扫描技术和光度扫描技术于一体，可扫描几乎所有类型材质的物品。

参考图1，根据本发明的一种实施例，所述柔光箱2的外侧设置有全局光系统8。

在以上实施例中，全局光系统8包含多个柔光光源，使柔光箱2内光线分布均匀。

参考图1，根据本发明的一种实施例，所述转台3的表面铺设有辅助识别纸4。所述转台3上被扫描物品5的周围设置有光度识别球体6。

在以上实施例中，辅助识别纸4和光度识别球体6用于增加计算机对物品的视觉识别度，帮助主控系统1在后期对被扫描物品5进行3D合成和3D空间大小测量。

根据本发明的一种实施例，所述白光投影系统12可向被扫描物品5投射结构光、二维码、噪点光斑、杂点、激光和红外射线中的一种或多种。

在以上实施例中，白光投影系统12可向被扫描物品5投射结构光、二维码、噪点光斑、杂点、激光和红外射线或其他科增加机器视觉识别度的光照方法，用于增强被扫描物品5的表面特征，便于主控系统1视觉识别其表面几何结构。

根据本发明的一种实施例，所述光场照明系统13包括多个点光源，多个所点光源分布在所述拍摄设备11的镜头的周围。

在以上实施例中，光场照明系统13可为被扫描物品5提供一个方向的照明，光场照明系统13中的多个点光源每次仅有一个或一部分点光源亮起，其他点光源关闭。

本发明第二方面的实施例提出一种光场扫描方法，用于以上所述的光场扫描装置，包括：依次单独启动全局光系统8、白光投影系统12和光场照明系统13，并在单独启动全局光系统8、白光投影系统12和光场照明系统13时通过拍摄设备11对被扫描物品5进行摄影；通过转台3和/或云台10改变被扫描物品5的拍摄角度，再重复上述步骤对被扫描物品5进行摄影，直至转台3转动一周；通过主控系统1对拍摄设备11采集到的多组摄影数据进行分析，生成被扫描物品5的三维模型、超高精度法线图、漫反射图、全局光图、高光贴图和深度贴图。

在以上实施例中，转台3每转动特定的角度，拍摄设备11都会在单独启动全局光系统8、单独启动白光投影系统12和单独启动光照照明系统的情况下对被扫描物品5进行摄影，同时，云台10也随着转台3的转动而改变其在弧形导轨9上的位置，得到被扫描物品5的不同角度的图像。并将以上图像发送给主控系统1，主控系统1通过三维模型生成系统对图像进行数据分析，并生成被扫描物品5的3D模型、超高精度法线图、漫反射图、全局光图、高光贴图和深度贴图。

根据本发明的一种实施例，启动光场照明系统13时，依次单独点亮光场照明系统13中的其中一个点光源，并通过拍摄设备11对被扫描物品5进行摄影。

根据本发明的一种实施例，在主控系统1中预先设置全局光系统8、白光投影系统12和光场照明系统13的灯光强弱和开闭顺序。在主控系统1中预先设置转台3的旋转角度和旋转速度、云台10的移动弧长和移动速度以及转台3和云台10的运行的间歇时间。

在以上实施例中，可通过主控系统1对转台3的旋转角度和旋转速度、云台10的移动弧长和移动速度以及转台3和云台10的运行的间歇时间进行编排，并且在转台3和云台10的间歇时间内对全局光系统8、白光投影系统12和光场照明系统13的灯光强弱和开闭顺序进行预先设置和编排，可以针对不同的被扫描物品5预设多种扫描方案，并且可以一键自动扫描，在扫描过程中不需要人工干预。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光场扫描装置，其特征在于，包括：

柔光箱，所述柔光箱侧向开口；

转台，所述转台水平设置在所述柔光箱内，所述转台上盛放有被扫描物品和立体标记参照物；

弧形导轨，所述弧形导轨的弧心点位于所述转台的中央，所述弧形导轨上可设置有云台，所述云台上设置拍摄设备、白光投影系统和光场照明系统，所述拍摄设备、所述白光投影系统和所述光场照明系统均朝向所述转台方向；

主控系统，所述主控系统包含主控电路系统和三维模型生成系统；所述主动电路系统控制所述全局光系统、转台、云台和拍摄设备的电路系统；所述三维模型生成系统接收和分析所述拍摄设备采集到的图像数据。

2.根据权利要求1所述的光场扫描装置，其特征在于，所述柔光箱的外侧设置有全局光系统。

3.根据权利要求1所述的光场扫描装置，其特征在于，所述转台的表面铺设有辅助识别纸。

4.根据权利要求1所述的光场扫描装置，其特征在于，所述转台上被扫描物品的周围设置有光度设别球体。

5.根据权利要求1所述的光场扫描装置，其特征在于，所述白光投影系统可向被扫描物品投射结构光、二维码、噪点光斑、杂点、激光和红外射线中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的光场扫描装置，其特征在于，所述光场照明系统包括多个点光源，多个所述点光源分布在所述拍摄设备的镜头的周围。

7.一种光场扫描方法，用于权利要求1至6中所述的光场扫描装置，包括：

依次单独启动全局光系统、白光投影系统和光场照明系统，并在单独启动全局光系统、白光投影系统和光场照明系统时通过拍摄设备对被扫描物品进行摄影；

通过转台和/或云台改变被扫描物品的拍摄角度，再重复上述步骤对被扫描物品进行摄影，直至转台转动一周；

通过主控系统对拍摄设备采集到的多组摄影数据进行分析，生成被扫描物品的三维模型、超高精度法线图、漫反射图、全局光图、高光贴图和深度贴图。

8.根据权利要求7所述的光场扫描方法，其特征在于，启动光场照明系统时，依次单独点亮光场照明系统中的其中一个点光源，并通过拍摄设备对被扫描物品进行摄影。

9.根据权利要求7所述的光场扫描装置，其特征在于，在主控系统中预先设置全局光系统、白光投影系统和光场照明系统的灯光强弱和开闭顺序。

10.根据权利要求7所述的光场扫描装置，其特征在于，在主控系统中预先设置转台的旋转角度和旋转速度、云台的移动弧长和移动速度以及转台和云台的运行的间歇时间。