CN113011206A - 手持扫描仪及其扫描方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种手持扫描仪及其扫描方法。手持扫描仪包括纹理相机、第一黑白相机和第二黑白相机，第一黑白相机与第二黑白相机间隔设置；手持扫描仪还包括激光投射器，纹理相机和第一黑白相机分别设置在激光投射器的两侧。在于高反光或者暗色物体进行扫描时，在激光扫描的同时通过纹理相机获取纹理，点云融合完成后，根据拍摄角度以及图像的高光程度进行纹理图像的筛选以及融合，从而得到整体点云的纹理图像。这样，可以避免现有技术中的用激光扫描再用数码相机进行后续彩色贴图的问题，提升了扫描的实时性。

Description

手持扫描仪及其扫描方法
技术领域
本发明涉及三维模型重建技术领域，具体而言，涉及一种手持扫描仪及其扫描方法。
背景技术
目前,对于暗色或者反光等不允许做喷粉处理的物体的扫描，如类似文物的扫描，主要是有两种技术，一种是用激光扫描仪进行三维数据获取，之后用数码相机进行后续彩色贴图；第二种是激光在关节臂上进行彩色扫描。这两种扫描方式，在扫描实时性方面以及扫描中的广度上有很大的限制。
发明内容
本发明实施例提供了一种手持扫描仪及其扫描方法，以至少解决现有技术中的扫描方式实时性不好的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种手持扫描仪，包括：纹理相机；第一黑白相机和第二黑白相机，第一黑白相机与第二黑白相机间隔设置；激光投射器，纹理相机和第一黑白相机分别设置在激光投射器的两侧。
进一步地，手持扫描仪还包括：散斑投射器，散斑投射器与激光投射器间隔设置。
进一步地，手持扫描仪还包括：第一扫描部，激光投射器和第一黑白相机设置在第一扫描部上，激光投射器与第一黑白相机相邻设置。
进一步地，手持扫描仪还包括：第二扫描部，散斑投射器和第二黑白相机设置在第二扫描部上。
进一步地，手持扫描仪还包括：手持部，第一扫描部和第二扫描部分别设置在手持部的两端。
进一步地，第一黑白相机的射出光路与第二黑白相机的射出光路之间具有出射角A，其中，所述出射角A位于5°和20°之间。
进一步地，手持扫描仪还包括：第一补光灯，第一补光灯为多个，多个第一补光灯环绕第一黑白相机设置。
进一步地，手持扫描仪还包括：第二补光灯，第二补光灯为多个，多个第二补光灯环绕第二黑白相机设置。
进一步地，手持扫描仪还包括：第三补光灯，第三补光灯为多个，多个第三补光灯环绕纹理相机设置。
进一步地，手持扫描仪还包括：第三黑白相机，第三黑白相机与第一黑白相机和第二黑白相机均间隔设置。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种手持扫描仪的扫描方法，该扫描方法应用于上述任意一种手持扫描仪，其中，所述扫描方法包括：采用激光投射器向被测物体表面投射激光光线，并使用第一黑白相机和第二黑白相机同步获取经被测物体表面调制的激光线图，其中，所述激光光线图用于对所述被测物体进行三维重建；停止所述激光投射器向被测物体表面投射激光光线，并使用纹理相机获取所述被测物体表面的纹理图；其中，所述纹理图用于对所述被测物体进行纹理重建；基于所述第一黑白相机和所述第二黑白相机的内外参数，对所述第一黑白相机与所述第二黑白相机所获取的激光线图进行点云重建；并采用所述纹理图对所述点云进行贴图处理，以得到最终的三维扫描图像。
进一步地，采用所述纹理图对所述点云进行贴图处理，以得到最终的三维扫描图像，包括：基于所述第一黑白相机、所述第二黑白相机及所述纹理相机的内外参数，确定所述纹理图中各个像素与所述点云中的各个点的对应关系；根据所述纹理图中各个像素与所述点云中的各个点的对应关系，对所述点云进行贴图操作确定最终的三维扫描图像。
进一步地，基于所述第一黑白相机、所述第二黑白相机及所述纹理相机的内外参数，确定所述纹理图中各个像素与所述点云中的各个点的对应关系，包括：基于所述第一黑白相机、所述第二黑白相机及所述纹理相机的内外参数，确定所述第一黑白相机和所述第二黑白相机所获取的激光线图与所述纹理相机所获取的纹理图中各个像素的对应关系；根据所述激光线图与所述纹理图中各个像素的对应关系和所述激光线图中的各个像素与所述点云中的各个点的对应关系，确定所述纹理图中各个像素与所述点云中的各个点的对应关系。
进一步地，根据所述纹理图中各个像素与所述点云中的各个点的对应关系，对所述点云进行贴图操作确定最终的三维扫描图像，包括：对当前帧点云与之前帧点云拼接处理；以及，至少基于当前帧点云对应的纹理图的纹理信息和之前帧点云对应的纹理图的纹理信息，确定当前帧点云的第一区域，并确定所述第一区域的贴图图像；采用上述步骤对所有帧的点云进行处理，得到最终的三维扫描图像。
进一步地，至少基于当前帧点云对应的纹理图的纹理信息和之前帧点云对应的纹理图的纹理信息，确定当前帧点云的第一区域，并确定所述第一区域的贴图图像，包括：至少基于当前帧点云对应的纹理图和之前帧点云对应的纹理图的灰度变化，确定所述当前帧点云的第一区域，其中，所述第一区域的灰度变化满足预设条件；对所述当前帧点云的第一区域对应的多个纹理图进行比较，确定所述第一区域在所述待测物体上的对应位置进行正视拍摄的目标纹理图；采用所述目标纹理图对所述第一区域进行贴图处理。
进一步地，通过所述手持扫描仪中的电路设计，令使用第一黑白相机和第二黑白相机获取经被测物体表面调制的激光线图，与使用纹理相机获取所述被测物体表面的纹理图之间的时间间隔低于预设阈值。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种手持扫描仪的扫描方法，该扫描方法应用于上述任意一种手持扫描仪，其中，所述扫描方法包括：步骤S1：采用散斑投射器向被测物体表面投射散斑图，并使用第一黑白相机和第二黑白相机同步获取经被测物体表面调制的目标散斑图，其中，所述目标散斑图用于对所述被测物体进行三维重建；步骤S2：停止所述散斑投射器向被测物体表面投射散斑图，并使用纹理相机获取所述被测物体表面的纹理图；其中，所述纹理图用于对所述被测物体进行纹理重建；步骤S3：基于所述第一黑白相机和所述第二黑白相机的内外参数，对所述第一黑白相机与所述第二黑白相机所获取的目标散斑图进行点云重建；并采用所述纹理图对所述点云进行贴图处理，以得到最终的三维扫描图像。
进一步地，所述扫描方法中所述步骤S1和所述步骤S2交替执行；或，所述扫描方法中所述步骤S1执行多次，再执行所述步骤S2。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种手持扫描仪的扫描方法，该扫描方法应用于上述任意一种手持扫描仪，其中，所述扫描方法包括：采用散斑投射器向被测物体表面投射散斑图，并使用第一黑白相机和第二黑白相机同步获取经被测物体表面调制的目标散斑图，其中，所述目标散斑图用于对所述被测物体进行三维重建；停止所述散斑投射器向被测物体表面投射散斑图，并采用激光投射器向被测物体表面投射激光光线，并使用第一黑白相机和第二黑白相机同步获取经被测物体表面调制的激光线图，其中，所述激光光线图用于对所述被测物体进行三维重建；停止所述激光投射器向被测物体表面投射激光光线，并使用纹理相机获取所述被测物体表面的纹理图；其中，所述纹理图用于对所述被测物体进行纹理重建；基于所述第一黑白相机和所述第二黑白相机的内外参数，对所述第一黑白相机与所述第二黑白相机所获取的目标散斑图进行点云重建；以及，对所述第一黑白相机与所述第二黑白相机所获取的激光线图进行点云重建；对所述目标散斑图点云重建所获取的第一点云，和所述激光线图进行点云重建所获取的第二点云进行筛选处理，得到目标点云；并采用所述纹理图对所述目标点云进行贴图处理，以得到最终的三维扫描图像。
在本发明实施例中，手持扫描仪包括纹理相机、第一黑白相机和第二黑白相机，第一黑白相机与第二黑白相机间隔设置；手持扫描仪还包括激光投射器，纹理相机和第一黑白相机分别设置在激光投射器的两侧。在于高反光或者暗色物体进行扫描时，在激光扫描的同时通过纹理相机获取纹理，通过三维点云fusion技术进行点云融合完成后，根据拍摄角度以及图像的高光程度进行纹理图像的筛选以及融合，从而得到整体点云的纹理图像。这样，可以避免现有技术中的用激光扫描再用数码相机进行后续彩色贴图的问题，提升了扫描的实时性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例提供的手持扫描仪的示意图；
图2是根据本申请实施例提供的手持扫描仪的扫描方法的流程图一；
图3是根据本申请实施例提供的手持扫描仪的扫描方法的流程图二；
图4是根据本申请实施例提供的手持扫描仪的扫描方法的流程图三。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、纹理相机；21、第一黑白相机；22、第二黑白相机；23、第三黑白相机；30、激光投射器；40、散斑投射器；51、第一补光灯；52、第二补光灯；53、第三补光灯；60、第一扫描部；70、第二扫描部；80、手持部。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它单元。
根据本发明的第一实施例，提供了一种手持扫描仪。如图1所示，本发明的实施例的手持扫描仪包括纹理相机10、第一黑白相机21和第二黑白相机22，第一黑白相机21与第二黑白相机22间隔设置；激光投射器30，纹理相机10和第一黑白相机21分别设置在激光投射器30的两侧。
在本实施例中，在对高反光或者暗色物体进行扫描时，手持扫描仪在进行激光扫描的同时通过纹理相机获取纹理，通过三维点云fusion技术进行点云融合完成后，根据拍摄角度以及图像的高光程度进行纹理图像的筛选以及融合，从而得到整体点云的纹理图像。这样，可以避免现有技术中的用激光扫描再用数码相机进行后续彩色贴图的问题，提升了扫描的实时性。此种扫描模式为第一扫描模式。
具体地，拍摄角度是根据扫描拼接后得到的相机RT以及标定的时候纹理相机和黑白相机之间的关系得到的，而高光程度是通过算法的灰度信息获取到的。在进行纹理图像的筛选和融合时，同一个区域在不同图像上的灰度变化，如果出现大跳跃，可能是高光区域，然后结合此图像对应的RT来判断是不是正对物体拍摄，来选取此高光区域该使用哪个视角的图像进行贴图。
根据本发明的第二实施例，提供了一种手持扫描仪。手持扫描仪包括纹理相机10、第一黑白相机21和第二黑白相机22，第一黑白相机21与第二黑白相机22间隔设置；激光投射器30，纹理相机10和第一黑白相机21分别设置在激光投射器30的两侧。除此之外，还包括散斑投射器40，散斑投射器40与激光投射器30间隔设置。
其中，激光投射器、第一黑白相机与第二黑白相机构建双目立体视觉系统。手持扫描仪包括计算模块，其中预存储有激光投射器、第一黑白相机与第二黑白相机的内外参、以及激光投射器、纹理相机与双目立体视觉系统的内外参。
手持扫描仪在进行扫描时，通过散斑投射器40和纹理相机10对待扫描物体进行三维扫描以及纹理的扫描，此种扫描模式为第二扫描模式。然后，对需要进行细节呈现或者由于暗色、反光无法获取到的部分，通过第一实施例中的模式进行补充扫描，即手持扫描仪在进行激光扫描的同时通过纹理相机获取纹理。算法根据得到的数据进行三维点云的筛选，首要保留激光的点云。点云融合完成后，根据拍摄角度以及图像的高光程度从两种扫描模式中得到的纹理图中进行纹理图像的筛选以及融合，从而得到整体点云的纹理图像。
具体地，筛选及融合过程中，先进行筛选后进行fusion融合，筛选时，按照灰度跳边程度以及图像是否正对物体来判断筛选。散斑模式获取的点云与激光模式获取的点云之间融合的过程中，需要统一两个扫描模式的坐标系，统一坐标系可以基于标志点也可以基于特征，当区域出现重叠时，优选激光模式获取的点云。将多种扫描模式的点云以及彩色图像进行融合输出，保证了存在暗色或者反光的物体在不用做喷粉处理的情况下，可以直接迅速地获取三维数据以及彩色信息。
根据本发明的第三实施例的一种手持扫描仪，扫描仪包括第一扫描部60、第二扫描部70和手持部80，第一扫描部60和第二扫描部70分别设置在手持部80的两端。
其中，激光投射器30和第一黑白相机21设置在第一扫描部60上，激光投射器30与第一黑白相机21相邻设置，散斑投射器40和第二黑白相机22设置在第二扫描部70上。
如图1所示，手持部80的主体呈柱状，其两端分别连接有第一扫描部60和第二扫描部70。其中，第一扫描部60的一端的端面上设置有激光投射器30，激光投射器30的一侧设置有第一黑白相机21。第二扫描部70的一端的端面上设置有散斑投射器40，散斑投射器40的一侧设置有第二黑白相机20，散斑投射器40的另一侧设置有纹理相机10。
纹理相机10和第二黑白相机22分别设置在散斑投射器40的两侧，拍摄角度比较接近，能够增加两个相机的重叠区域，可以最大限度地将点云数据着色(即添加纹理)。另外，第一黑白相机21和第二黑白相机22分别设置在第一扫描部60和第二扫描部70上，而第一扫描部60和第二扫描部70之间具有手持部80，从而第一黑白相机21和第二黑白相机22中间具有一定的间隔，从而能提高扫描数据的精度。优选地，第一黑白相机21的射出光路与第二黑白相机22的射出光路之间具有出射角A，其中，出射角A推荐在5°和20°之间，能够进一步提高扫描数据的精度。
在本发明的第四实施例中，手持扫描仪还包括补光灯。
具体地，手持扫描仪还包括：第一补光灯51，第一补光灯51为多个，多个第一补光灯51环绕第一黑白相机21设置。在第一黑白相机21周围设置多个第一补光灯51，其目的在于当光打在反光材料制作的标志点上，可以让标志点更清晰地反映到相机上，可以最大限度地降低其他环境的干扰，更能突出标志点，为后续的识别创造便利条件。本实施例中，手持扫描仪还包括第二补光灯52，第二补光灯52为多个，多个第二补光灯52环绕第二黑白相机22设置。
优选地，手持扫描仪还包括第三补光灯53，第三补光灯53为多个，多个第三补光灯53环绕纹理相机设置。在纹理相机周围设置补光灯，可以排除环境光的干扰，更好地体现物体原本的色彩信息。
在本发明的第五实施例中，扫描仪包括第一扫描部60、第二扫描部70和手持部80，第一扫描部60和第二扫描部70分别设置在手持部80的两端。手持扫描仪包括纹理相机10、第一黑白相机21和第二黑白相机22，第一黑白相机21与第二黑白相机22间隔设置；还包括激光投射器30，纹理相机10和第一黑白相机20分别设置在激光投射器30的两侧。手持扫描仪还包括散斑投射器40，散斑投射器40与激光投射器30间隔设置。激光投射器30和第一黑白相机21设置在第一扫描部60上，激光投射器30与第一黑白相机21相邻设置，散斑投射器40和第二黑白相机22设置在第二扫描部70上。
优选地，扫描仪还包括第三黑白相机23，第三黑白相机23设置在第一扫描部60上，其与第一黑白相机21分别位于激光投射器30的两侧。通过较为分散的三个黑白相机，能够进一步提高扫描仪对三维物体的识别精度。
本申请的手持扫描仪，在激光扫描的同时可以实时获取彩色信息，同时可以将不同模式的扫描数据进行数据融合，从而极大地提高了扫描仪的适用范围。
在本发明的第五实施例中，提供了一种手持扫描仪的扫描方法。该扫描方法应用于上述任一项实施例中所述的手持扫描仪，具体如图2所示，所述扫描方法包括：
步骤S101，采用激光投射器向被测物体表面投射激光光线，并使用第一黑白相机和第二黑白相机同步获取经被测物体表面调制的激光线图，其中，所述激光光线图用于对所述被测物体进行三维重建。
步骤S102，停止所述激光投射器向被测物体表面投射激光光线，并使用纹理相机获取所述被测物体表面的纹理图；其中，所述纹理图用于对所述被测物体进行纹理重建。
步骤S103，基于所述第一黑白相机和所述第二黑白相机的内外参数，对所述第一黑白相机与所述第二黑白相机所获取的激光线图进行点云重建；并采用所述纹理图对所述点云进行贴图处理，以得到最终的三维扫描图像。
具体的，采用所述纹理图对所述点云进行贴图处理，以得到最终的三维扫描图像，是通过如下步骤得以实现的：步骤S1031，基于所述第一黑白相机、所述第二黑白相机及所述纹理相机的内外参数，确定所述纹理图中各个像素与所述点云中的各个点的对应关系；步骤S1032，根据所述纹理图中各个像素与所述点云中的各个点的对应关系，对所述点云进行贴图操作确定最终的三维扫描图像。
进一步的，基于所述第一黑白相机、所述第二黑白相机及所述纹理相机的内外参数，确定所述纹理图中各个像素与所述点云中的各个点的对应关系，是通过如下步骤得以实现的：首先，基于所述第一黑白相机、所述第二黑白相机及所述纹理相机的内外参数，确定所述第一黑白相机和所述第二黑白相机所获取的激光线图与所述纹理相机所获取的纹理图中各个像素的对应关系；其次，根据所述激光线图与所述纹理图中各个像素的对应关系和所述激光线图中的各个像素与所述点云中的各个点的对应关系，确定所述纹理图中各个像素与所述点云中的各个点的对应关系。
也即，基于黑白相机与纹理相机的内外参确定先后拍摄的激光线图与纹理图中各个像素的对应关系；根据激光线图与纹理图中各个像素的对应关系以及激光线图中各个像素与点云中各个点的对应关系确定点云中各个点与纹理图中各个像素的对应关系。
进一步的，根据所述纹理图中各个像素与所述点云中的各个点的对应关系，对所述点云进行贴图操作确定最终的三维扫描图像，是通过如下步骤得以实现的：对当前帧点云与之前帧点云拼接处理；以及，至少基于当前帧点云对应的纹理图的纹理信息与之前帧点云对应的纹理图的纹理信息，确定当前帧点云的第一区域，并确定所述第一区域的贴图图像；此时，继续采用上述步骤对所有帧的点云进行处理，进而得到最终的三维扫描图像。
其中，至少基于当前帧点云对应的纹理图的纹理信息与之前帧点云对应的纹理图的纹理信息，确定当前帧点云的第一区域是指：至少基于当前帧点云对应的纹理图与之前帧点云对应的纹理图的灰度变化，确定所述当前帧点云的第一区域，其中，所述第一区域的灰度变化满足预设条件。
其中，基于当前帧点云对应的纹理图的纹理信息及之前帧点云对应的纹理图的纹理信息，确定第一区域的贴图图像则是指：对所述当前帧点云的第一区域对应的多个纹理图进行比较，确定所述第一区域在所述待测物体上的对应位置进行正视拍摄的目标纹理图；采用所述目标纹理图对所述第一区域进行贴图处理，进而得到第一区域的贴图图像。
点云的纹理贴图及多帧点云之间纹理融合贴图可实时扫描处理，也可在扫描完成后处理，也就是说，可每获取一帧纹理图即可进行纹理贴图并与之前帧纹理图进行纹理融合贴图，也可获取到多帧纹理图后一次性进行纹理融合贴图。
需要说明的是：在获取到多帧纹理图后一次性进行纹理融合贴图的情况下，前后帧点云均进行了拼接处理，当前帧点云中的同位点既对应有前帧纹理图中对应像素的纹理信息，也对应有后帧纹理图中对应像素的纹理信息；此时，上文中描述的“至少基于当前帧点云对应的纹理图与之前帧点云对应的纹理图的灰度变化，确定所述当前帧点云的第一区域”即可为：基于当前帧点云对应的纹理图与之前帧点云对应的纹理图、之后帧点云对应的纹理图的灰度变化，确定所述当前帧点云的第一区域。
举例说明：如果纹理图上的灰度变化出现大跳跃，则该跳跃区域极可能是高光区域，此时，则结合该纹理图对应的旋转平移矩阵(即：RT)，以确定该纹理图是否正对物体拍摄，进而确定是否选用该纹理图对高光区域进行贴图处理。优选的，还可以选取该高光区域(同位点)对应的多个纹理图进行比较，以此选取此高光区域该使用哪个视角的图像进行贴图。
此外，还需要说明的是：通过所述手持扫描仪中的电路设计，令使用第一黑白相机和第二黑白相机获取经被测物体表面调制的激光线图，与使用纹理相机获取所述被测物体表面的纹理图之间的时间间隔低于预设阈值。也即，在常规技术中，是很难保证激光数据同步采集的，而本申请通过电路设计和曝光参数优化，实现了将激光采集和纹理采集在一个极小的时间差内完成，解决了现有技术的困顿。
最后，对该实施例中提供的手持扫描仪的扫描方法，进行解释说明：该实施例中提供的扫描方法是手持扫描仪的激光扫描模式，其主要工作为：激光器投射激光线图至被测物体表面，第一黑白相机与第二黑白相机同步获取经被测物体表面调制的激光线图并传输至计算机进行三维重建；激光器停止工作，纹理相机获取被测物体表面的纹理图并传输至计算机进行纹理重建；第一黑白相机获取的激光线图与第二黑白相机获取的激光线图基于预设的两个黑白相机的内外参进行点云重建；最后采用所述纹理图对所述点云进行贴图处理，以得到最终的三维扫描图像。
在本发明的第六实施例中，提供了一种手持扫描仪的扫描方法。该扫描方法应用于上述任一项实施例中所述的手持扫描仪，具体如图3所示，所述扫描方法包括：
步骤S1：采用散斑投射器向被测物体表面投射散斑图，并使用第一黑白相机和第二黑白相机同步获取经被测物体表面调制的目标散斑图，其中，所述目标散斑图用于对所述被测物体进行三维重建；
步骤S2：停止所述散斑投射器向被测物体表面投射散斑图，并使用纹理相机获取所述被测物体表面的纹理图；其中，所述纹理图用于对所述被测物体进行纹理重建；
步骤S3：基于所述第一黑白相机和所述第二黑白相机的内外参数，对所述第一黑白相机与所述第二黑白相机所获取的目标散斑图进行点云重建；并采用所述纹理图对所述点云进行贴图处理，以得到最终的三维扫描图像。
需要说明的是：在本实施例中上述扫描方法中所述步骤S1和所述步骤S2交替执行；或者，在本实施例中上述扫描方法中所述步骤S1执行多次，再执行所述步骤S2。
最后，对该实施例中提供的手持扫描仪的扫描方法，进行解释说明：该实施例中提供的扫描方法是手持扫描仪的散斑扫描模式，其主要工作为：第一黑白相机与第二黑白相机同步获取经被测物体表面调制的散斑图并传输至计算机进行三维重建；散斑投射器停止工作，纹理相机获取被测物体表面的纹理图并传输至计算机进行纹理重建(值得强调的是：在散斑扫描模式下，可以是获取一幅散斑图再获取一幅纹理图，也可以是获取几幅散斑图再获取一幅纹理图)；第一黑白相机获取的散斑图与第二黑白相机获取的散斑图基于预设的两个黑白相机的内外参进行点云重建；最后采用所述纹理图对所述点云进行贴图处理，以得到最终的三维扫描图像。
在本发明的第七实施例中，提供了一种手持扫描仪的扫描方法。该扫描方法应用于上述任一项实施例中所述的手持扫描仪，具体如图4所示，所述扫描方法包括：
步骤S301，采用散斑投射器向被测物体表面投射散斑图，并使用第一黑白相机和第二黑白相机同步获取经被测物体表面调制的目标散斑图，其中，所述目标散斑图用于对所述被测物体进行三维重建。
步骤S302，停止所述散斑投射器向被测物体表面投射散斑图，并采用激光投射器向被测物体表面投射激光光线，并使用第一黑白相机和第二黑白相机同步获取经被测物体表面调制的激光线图，其中，所述激光光线图用于对所述被测物体进行三维重建。
步骤S303，停止所述激光投射器向被测物体表面投射激光光线，并使用纹理相机获取所述被测物体表面的纹理图；其中，所述纹理图用于对所述被测物体进行纹理重建。
步骤S304，基于所述第一黑白相机和所述第二黑白相机的内外参数，对所述第一黑白相机与所述第二黑白相机所获取的目标散斑图进行点云重建；以及，对所述第一黑白相机与所述第二黑白相机所获取的激光线图进行点云重建。
步骤S305，对所述目标散斑图点云重建所获取的第一点云，和所述激光线图进行点云重建所获取的第二点云进行筛选处理，得到目标点云；并采用所述纹理图对所述目标点云进行贴图处理，以得到最终的三维扫描图像。
最后，对该实施例中提供的手持扫描仪的扫描方法，进行解释说明：该实施例中提供的扫描方法是手持扫描仪的激光扫描和散斑扫描的结合模式。
在本发明的第八实施例中，对上述任一项实施例中所述的手持扫描仪的应用方式进行举例示意：
该手持扫描仪有至少两种扫描方式组成，此处以激光扫描和散斑扫描为例。手持扫描仪有不少于2台黑白相机和一个纹理相机，以及对应的环形补光灯组，激光以及散斑投射器组成。
散斑扫描第一模式：散斑投射器+2台黑白相机+纹理相机+对应的补光灯。
激光扫描第二模式：激光投射器+2台黑白相机+纹理相机+对应的补光灯。
其中，第一种操作流程：手持，第一模式散斑扫描进行三维以及纹理的扫描，然后对需要进行细节呈现或者由于暗色、反光无法获取到的部分用第二模式激光扫描进行补扫。算法根据得到的数据进行三维点云的筛选，首要保留激光扫描获取的点云；点云融合完成后，根据拍摄角度以及图像的高光程度从第一第二模式得到的纹理图中进行纹理图像的筛选以及融合，从而得到整体点云的纹理图像。
其中，第二种操作流程：手持，对于高反光或者暗色物体直接进行第二模式扫描同时获取纹理，点云融合完成后，根据拍摄角度以及图像的高光程度进行纹理图像的筛选以及融合，从而得到整体点云的纹理图像。
此时可知，本实施例中的手持扫描仪可以实现如下技术效果：1、可以在激光扫描的时候实时获取对应点云的彩色信息；2、可以将多种扫描模式的点云以及彩色纹理图像进行融合输出，保证了存在暗色或者反光的物体在不用做喷粉处理的情况下，直接迅速获取三维数据以及彩色信息。
在本发明的上述各实施例中，散斑投射器投射散斑图案，激光投射器投射激光，优选投射激光条纹图案。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种手持扫描仪，其特征在于，包括：
纹理相机(10)；
第一黑白相机(21)和第二黑白相机(22)，所述第一黑白相机(21)与所述第二黑白相机(22)间隔设置；
激光投射器(30)，所述纹理相机(10)和所述第一黑白相机(21)分别设置在所述激光投射器(30)的两侧。
2.根据权利要求1所述的手持扫描仪，其特征在于，还包括：
散斑投射器(40)，所述散斑投射器(40)与所述激光投射器(30)间隔设置。
3.根据权利要求2所述的手持扫描仪，其特征在于，还包括以下至少之一：
第一扫描部(60)，所述激光投射器(30)和所述第一黑白相机(21)设置在所述第一扫描部(60)上，所述激光投射器(30)与所述第一黑白相机(21)相邻设置；
第二扫描部(70)，所述散斑投射器(40)和所述第二黑白相机(22)设置在所述第二扫描部(70)上；
以及，在所述手持扫描仪包括第一扫描部(60)和第二扫描部(70)的情况下，所述手持扫描仪还包括：手持部(80)，所述第一扫描部(60)和所述第二扫描部(70)分别设置在所述手持部(80)的两端。
4.根据权利要求1所述的手持扫描仪，其特征在于，所述第一黑白相机(21)的射出光路与所述第二黑白相机(22)的射出光路之间具有出射角A，其中，所述出射角A位于5°和20°之间。
5.根据权利要求1所述的手持扫描仪，其特征在于，还包括以下至少之一：
第一补光灯(51)，所述第一补光灯(51)为多个，多个所述第一补光灯(51)环绕所述第一黑白相机(21)设置；
第二补光灯(52)，所述第二补光灯(52)为多个，多个所述第二补光灯(52)环绕所述第二黑白相机(22)设置；
第三补光灯(53)，所述第三补光灯(53)为多个，多个第三补光灯(53)环绕所述纹理相机(10)设置。
6.根据权利要求1所述的手持扫描仪，其特征在于，还包括：
第三黑白相机(23)，所述第三黑白相机(23)与所述第一黑白相机(21)和所述第二黑白相机(22)均间隔设置。
7.一种手持扫描仪的扫描方法，其特征在于，所述扫描方法应用于上述权利要求1-10中任意一项所述的手持扫描仪，其中，所述扫描方法包括：
采用激光投射器(30)向被测物体表面投射激光光线，并使用第一黑白相机(21)和第二黑白相机同步获取经被测物体表面调制的激光线图，其中，所述激光光线图用于对所述被测物体进行三维重建；
停止所述激光投射器(30)向被测物体表面投射激光光线，并使用纹理相机(10)获取所述被测物体表面的纹理图；其中，所述纹理图用于对所述被测物体进行纹理重建；
基于所述第一黑白相机(21)和所述第二黑白相机(22)的内外参数，对所述第一黑白相机(21)与所述第二黑白相机(22)所获取的激光线图进行点云重建；并采用所述纹理图对所述点云进行贴图处理，以得到最终的三维扫描图像。
8.根据权利要求7所述的扫描方法，其特征在于，采用所述纹理图对所述点云进行贴图处理，以得到最终的三维扫描图像，包括：
基于所述第一黑白相机(21)、所述第二黑白相机(22)及所述纹理相机(10)的内外参数，确定所述纹理图中各个像素与所述点云中的各个点的对应关系；
根据所述纹理图中各个像素与所述点云中的各个点的对应关系，对所述点云进行贴图操作确定最终的三维扫描图像。
9.根据权利要求8所述的扫描方法，其特征在于，基于所述第一黑白相机(21)、所述第二黑白相机(22)及所述纹理相机(10)的内外参数，确定所述纹理图中各个像素与所述点云中的各个点的对应关系，包括：
基于所述第一黑白相机(21)、所述第二黑白相机(22)及所述纹理相机(10)的内外参数，确定所述第一黑白相机(21)和所述第二黑白相机(22)所获取的激光线图与所述纹理相机(10)所获取的纹理图中各个像素的对应关系；
根据所述激光线图与所述纹理图中各个像素的对应关系和所述激光线图中的各个像素与所述点云中的各个点的对应关系，确定所述纹理图中各个像素与所述点云中的各个点的对应关系。
10.根据权利要求8所述的扫描方法，其特征在于，根据所述纹理图中各个像素与所述点云中的各个点的对应关系，对所述点云进行贴图操作确定最终的三维扫描图像，包括：
对当前帧点云与之前帧点云拼接处理；以及，至少基于当前帧点云对应的纹理图的纹理信息与之前帧点云对应的纹理图的纹理信息，确定当前帧点云的第一区域，并确定所述第一区域的贴图图像；
采用上述步骤对所有帧的点云进行处理，得到最终的三维扫描图像。
11.根据权利要求10所述的扫描方法，其特征在于，至少基于当前帧点云对应的纹理图的纹理信息与之前帧点云对应的纹理图的纹理信息，确定当前帧点云的第一区域，并确定所述第一区域的贴图图像，包括：
至少基于当前帧点云对应的纹理图与之前帧点云对应的纹理图的灰度变化，确定所述当前帧点云的第一区域，其中，所述第一区域的灰度变化满足预设条件；
对所述当前帧点云的第一区域对应的多个纹理图进行比较，确定所述第一区域在所述待测物体上的对应位置进行正视拍摄的目标纹理图；
采用所述目标纹理图对所述第一区域进行贴图处理。
12.根据权利要求7所述的扫描方法，其特征在于，通过所述手持扫描仪中的电路设计，令使用第一黑白相机(21)和第二黑白相机获取经被测物体表面调制的激光线图，与使用纹理相机(10)获取所述被测物体表面的纹理图之间的时间间隔低于预设阈值。
13.一种手持扫描仪的扫描方法，其特征在于，所述扫描方法应用于上述权利要求2-6中任意项所述的手持扫描仪，其中，所述扫描方法包括：
步骤S1：采用散斑投射器(40)向被测物体表面投射散斑图，并使用第一黑白相机(21)和第二黑白相机同步获取经被测物体表面调制的目标散斑图，其中，所述目标散斑图用于对所述被测物体进行三维重建；
步骤S2：停止所述散斑投射器(40)向被测物体表面投射散斑图，并使用纹理相机(10)获取所述被测物体表面的纹理图；其中，所述纹理图用于对所述被测物体进行纹理重建；
步骤S3：基于所述第一黑白相机(21)和所述第二黑白相机(22)的内外参数，对所述第一黑白相机(21)与所述第二黑白相机(22)所获取的目标散斑图进行点云重建；并采用所述纹理图对所述点云进行贴图处理，以得到最终的三维扫描图像。
14.根据权利要求13所述的扫描方法，其特征在于，所述扫描方法中所述步骤S1和所述步骤S2交替执行；或，所述扫描方法中所述步骤S1执行多次，再执行所述步骤S2。
15.一种手持扫描仪的扫描方法，其特征在于，所述扫描方法应用于上述权利要求2-6中任意项所述的手持扫描仪，其中，所述扫描方法包括：
采用散斑投射器(40)向被测物体表面投射散斑图，并使用第一黑白相机(21)和第二黑白相机同步获取经被测物体表面调制的目标散斑图，其中，所述目标散斑图用于对所述被测物体进行三维重建；
停止所述散斑投射器(40)向被测物体表面投射散斑图，并采用激光投射器(30)向被测物体表面投射激光光线，并使用第一黑白相机(21)和第二黑白相机同步获取经被测物体表面调制的激光线图，其中，所述激光光线图用于对所述被测物体进行三维重建；
停止所述激光投射器(30)向被测物体表面投射激光光线，并使用纹理相机(10)获取所述被测物体表面的纹理图；其中，所述纹理图用于对所述被测物体进行纹理重建；
基于所述第一黑白相机(21)和所述第二黑白相机(22)的内外参数，对所述第一黑白相机(21)与所述第二黑白相机(22)所获取的目标散斑图进行点云重建；以及，对所述第一黑白相机(21)与所述第二黑白相机(22)所获取的激光线图进行点云重建；
对所述目标散斑图点云重建所获取的第一点云，和所述激光线图进行点云重建所获取的第二点云进行筛选处理，得到目标点云；并采用所述纹理图对所述目标点云进行贴图处理，以得到最终的三维扫描图像。
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