CN203873758U - 一种头状物的3d测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种头状物的3D测量装置，其特征在于，该装置包括一用于承载被测物的载物床一可枢轴旋转的扫描成像机构、一旋转机构以及一旋转机构支架，扫描成像机构包括一L形扫描臂和一固定于L形扫描臂上的成像扫描头，旋转机构驱动扫描成像机构的L形扫描臂围绕被测物旋转，从而带动成像扫描头旋转并连续捕获被测物的成像数据，当扫描臂完成旋转后，就可以得出被测物的三维数据。本实用新型的头状物的3D测量装置，通过一环状扫描机构实现三维数据的一次性扫描完成，且无需后续的数据融合。
Description
技术领域
本实用新型涉及物体外形的测量领域，具体而言涉及一种头状物的3D测量装置。
背景技术
在临床医学上，有多种情况下需要病患的头部的三维(也称3D)数据信息。例如，当需要对头部进行手术，如头盖骨的修复，使用人造头盖骨治疗时，医生需要病人的头部进行三维测量和建模，以确定治疗方案和需要的器官形状。再如对婴幼儿的头部畸形进行测量和畸形矫形时，需要婴幼儿的头部三维数据。还有在一些特定应用环境下，例如动物临床研究中，需要观察动物的头部大小和形状变化，这时也需要动物头部的三维信息。
现有的三维测量设备主要包括以下几类：三坐标测量系统、固定式激光扫描系统、机械臂抄数机和手持式扫描仪。这些设备都可以实现对头部的三维测量，但都有很大局限。三坐标测量系统和固定式激光扫描系统精度高，而且功能强大，但需要特定的安装环境，操作复杂，价格昂贵，不适于医学应用。机械臂的抄数机灵活机动，但用于头部测量，速度慢，操作繁杂。手持式扫描仪相对而言比其他设备都更适于医学应用，可以手持扫描头，对头部进行扫描，获得三维数据，但由于数据通常是多组(片)组成的，需要人工操作软件进行数据配备，才能形成完整的3D数据，所以同样存在效率和使用复杂的问题。
为了解决婴幼儿的三维测量问题，如图1所示，现有技术中出现了一种专门的婴幼儿头部扫描仪(StarScanner)，用以实现对婴幼儿头部的快速三维扫描。该系统的核心由两个激光扫描头，一个运动系统，和一个床体组成。两个扫描头为激光线扫描，分别位于床体的两边，运动机构位于床体的下面，可以带动两个扫描头水平移动。使用时，小孩的头部床上，头部位于两个扫描头的中间。扫描时，运动机构带动扫描头移动，两个激光扫描头可以分别获得头部两侧的三维数据。因为两个扫描头的位置是确定的，在计算机系统中将两组数据融合，就可以获得头部的三维数据。然而，这种装置结构较复杂，必需两个扫描头，不便于小孩的放置，并且，通过两个激光扫描头分别扫描头部两侧的三维数据，再进行融合的过程，是一个非常复杂的图像处理过程，涉及繁琐的建模、融合等图像处理。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种头状物的3D测量装置，通过一环状扫描机构实现三维数据的一次性扫描完成，且无需后续的数据融合。
本实用新型的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。
为达成上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：
一种头状物的3D测量装置，该装置包括一用于承载被测物的载物床、一可枢轴旋转的扫描成像机构、一旋转机构以及一旋转机构支架，旋转机构支架用于支撑旋转机构，其中：
所述载物床包括一床底部、一用于承载被测物身体的身体床板、一位于身体床板下方并支撑身体床板的床板支撑件及固定于床底部并用于支撑床板支撑件的多个床体支撑件，所述床板支撑件上安装有床板滑动导轨，所述身体床板在床板滑动导轨内的多个位置滑动，所述身体床板上靠近扫描成像机构的一端连接有一透明的头部垫板；
所述扫描成像机构包括一L形扫描臂和一固定于L形扫描臂上的成像扫描头，成像扫描头由一线发光器和相机间隔地安装组成，所述线发光器的发射端与相机的镜头均朝向所述头部垫板，所述线发光器的光束方向与所述相机的中心线均向所述间隔的中间倾斜以形成三角关系；
所述旋转机构包括一旋转驱动装置以及一旋转输出机构，该旋转输出机构连接所述L形扫描臂以驱动该L形扫描臂围绕被测物旋转，从而带动所述成像扫描头围绕所述被测物旋转。
进一步的实施例中，所述旋转机构支架的底部安装于所述载物床的一端。
进一步的实施例中，所述旋转驱动装置包括一驱动马达，该旋转驱动装置还设置有一可被位置编码器读取的位置反馈标识。
进一步的实施例中，所述身体床板的移动位置至少有两个位置：一个为装卸位，即被测物出入时的位置；以及一个测量位，即被测物的待测部位进入旋转测量区域的位置。
进一步的实施例中，所述身体床板的透明头部垫板采用不影响扫描成像工作的材料和结构。
进一步的实施例中，所述身体床板上还固定有一床面移动把手和与之配合锁紧的锁紧机构。
进一步的实施例中，所述相机以有线通信链路或无线通信链路中的一种传输其所捕获的被测物成像数据。
进一步的实施例中，所述成像扫描头在一个确定的旋转位置获得被测物待测部位的一个断面或局部面的3D数据。
进一步的实施例中，该头状物的3D测量装置还包括一防护罩，该防护罩固定在所述载物床上，所述扫描成像机构和旋转机构在该防护罩内旋转，防护罩面向扫描成像的部分为透明内环面。
由以上本实用新型的技术方案可知，本实用新型所提出的头状物的3D测量装置，与现有技术相比，其显著优点在于：
1)通过环状扫描机构实现三维数据的一次性扫描完成，且无需后续的数据融合；
2)测量时无需接触物体表面，对物体无创，使用安全；
3)设备自动化运行，操作简单，且对环境无特殊要求，具有更好的临床适用性；
4)对床的两侧没有结构上的约束，使床体简单、易用且具有较高的测量精度。
附图说明
图1为本实用新型一实施方式头状物的3D测量装置的主视图。
图2为图1实施例头状物的3D测量装置的俯视图。
图3a、3b为图1实施例中成像扫描头的位置关系示意图。
图4所示为图1实施例中相机视角的位置示意图。
图5所示为本实用新型另一实施方式头状物的3D测量装置的主视图。
图6为图5实施例中头状物的3D测量装置的俯视图。
具体实施方式
为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
如图1和图2所示，根据本实用新型的较优实施例，一种头状物的3D测量装置包括一用于承载被测物的载物床1、一可枢轴旋转的扫描成像机构2、一旋转机构3以及一旋转机构支架4，旋转机构支架4用于支撑旋转机构3。
参考图1和图2，载物床1包括一床底部11、一用于承载被测物身体的身体床板12、一位于身体床板12下方并支撑身体床板的床板支撑件13及多个固定于床底部11并用于支撑床板支撑件13的床体支撑件14，所述床板支撑件13上安装有床板滑动导轨15，所述身体床板12在床板滑动导轨内15的多个位置滑动，所述身体床板12上靠近扫描成像机构2的一端连接有一透明的头部垫板16，该头部垫板16供承载被测物的头部或其他待测部位。
图1中，示例性地，被测物为一婴儿，其头部18位于头部垫板16上，以对其进行三维测量。图1和图2中，标号19表示载物床的床边。
所述身体床板12的透明头部垫板16采用不影响扫描成像工作的材料和结构。
本实施例中，优选地，床板滑动导轨15对称地安装在床板支撑件13的两个边缘，提供身体床板的滑动支撑作用和导向作用。当然，在另外的实施例中，床板滑动导轨15也可以对称地安装在床板支撑件13的其他位置，亦可实现对身体床板的滑动支撑和导向。
所述身体床板12的移动位置至少有两个位置：一个为装卸位，即被测物出入时的位置；以及一个测量位，即被测物的待测部位进入旋转测量区域的位置。如前所述，结合图、图2所示，显然，旋转测量区域是指旋转机构3驱动扫描成像机构2旋转从而进行待测部位测量的位置区域。
优选地，如图2所示，身体床板12上还固定有至少一个床面移动把手17和与之配合锁紧的锁紧机构，供操作(例如推动或拉动)以移动所述身体床板12并固定其所在位置。
优选地，如图1所示，旋转机构支架4的底部与所述床底部11连接，其安装于载物床1的一端，从而使整个测量装置更加稳固，且方便整体移动。
如图1和图2所示，扫描成像机构2包括一L形扫描臂21和一固定于L形扫描臂上的成像扫描头22，如图3所示，成像扫描头22由一线发光器22a和相机22b间隔地安装组成，该相机22b用于进行图像捕获，所述线发光器22a的发射端与相机22b的镜头均朝向所述头部垫板16，所述线发光器22a的光束方向与所述相机22b的中心线均向所述间隔的中间倾斜以形成三角关系。
值得一提的是，线发光器采用医疗仪器一类的器件，从而保障对人眼睛的安全性。发光线的长度在测量范围内覆盖被测物的3/4。
线发光器可选择采用一红光激光器，当然并不以此为限制。
在线发光器的选取上，激光线不要求过细，只要易于相机成像识别即可。
参考图3a和3b所示，本实施例中，利用三角测距原理，当被测物的待测部位位于头部垫板16时，由线发光器22a发射出激光光束并通过相机22b捕获被测物的成像数据。
如图4所示的相机视角示意，其中，标号30表示线发光器发射的激光线，标号40表示相机的可视范围。相机22b的视角为长方形，其可视范围的长向与激光线平行，相机22b的可视范围的长向覆盖被测物的3/4。
作为优选的实施方式，相机22b为一个基于CCD的成像相机。当然，在另选的实施方式中，也可以采用其他方式的成像相机，例如CMOS成像相机。
相机22b以有线通信链路或无线通信链路中的一种传输其所捕获的被测物成像数据。
如图1和图2所示，旋转机构3包括一旋转驱动装置(未示出)以及一旋转输出机构(未示出)，该旋转输出机构连接前述L形扫描臂21以驱动该L形扫描臂21围绕被测物旋转，从而带动所述成像扫描头22围绕所述被测物旋转。
成像扫描头22在一个确定的旋转位置获得被测物待测部位的一个断面或局部面的3D数据。
如此，成像扫描头22围绕被测物旋转的过程中，相机22b连续捕获被测物的成像数据，从而在每个角度记录下被测物的待测部位的成像数据。被测物的三维数据正是基于激光光束打到被测物后在相机22b中的影像位置变化(即成像数据的变化)而得出的。
旋转驱动装置例如一驱动马达，尤其是电致动马达，其旋转输出经过旋转输出机构传递至L形扫描臂21，驱动L形扫描臂21。该旋转驱动装置上还设置有一位置反馈装置，如旋转编码器。该位置反馈装置提供旋转驱动装置的位置信息。
在工作时，旋转机构3是匀速驱动所述扫描臂旋转的，从而保证成像扫描头22匀速旋转和采集被测物的成像数据。
当然，如前所述，相机22b所捕获的成像数据可通过有线(例如数据线)或无线方式(例如RF、红外、蓝牙、WIFi等)进行传输，例如输入一计算机，或者一手持式信息处理设备，例如手持式智能通话设备、平板电脑、移动智能终端等，其内置处理程序，对输入的数据进行处理得到被测物的三维数据。
前述计算机可设置在本实施例所提出的头状物的3D测量装置中，如图1所示，标号9所示为一计算机，接收相机22b所捕获的成像数据后，进行相关的处理得出被测物的三维成像。
在另外的一些实施例中，计算机也可以是独立于本实施例提出的头状物的3D测量装置，位于其外部，通过适当的方式接收成像数据进行处理。
本实施例中所涉及的图像处理程序为现有技术中常规的图像处理程序，通过连续采集的成像数据处理得到被测物的三维数据。本实施例提出的头状物的3D测量装置不涉及对图像处理或图像处理程序的改进。
如图5、图6所示，作为本实用新型的另一实施例，头状物的3D测量装置包括上述图1、2实施例所述的各部件、组件或其他组合(本实施例中，与图1实施例功能、形状、位置均相同的部分采用同一标号)，作为优选地，头状物的3D测量装置还设置了一防护罩5，该防护罩5固定在载物床1上，扫描成像机构2和旋转机构3在该防护罩5内旋转，防护罩5面向扫描成像的部分为透明内环面，因此不影响扫描成像装置工作，该防护罩起到防护作用，避免外部物体或人手进入到旋转测量区域。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (9)
1.一种头状物的3D测量装置，其特征在于，该装置包括一用于承载被测物的载物床(1)、一可枢轴旋转的扫描成像机构(2)、一旋转机构(3)以及一旋转机构支架(4)，旋转机构支架(4)用于支撑旋转机构(3)，其中：
所述载物床包括一床底部(11)、一用于承载被测物身体的身体床板(12)、一位于身体床板下方并支撑身体床板的床板支撑件(13)及固定于床底部并用于支撑床板支撑件的多个床体支撑件(14)，所述床板支撑件(13)上安装有床板滑动导轨(15)，所述身体床板(12)在床板滑动导轨(15)内的多个位置滑动，所述身体床板(12)上靠近扫描成像机构(2)的一端连接有一透明的头部垫板(16)；
所述扫描成像机构(2)包括一L形扫描臂(21)和一固定于L形扫描臂上的成像扫描头(22)，成像扫描头(22)由一线发光器(22a)和相机(22b)间隔地安装组成，所述线发光器(22a)的发射端与相机(22b)的镜头均朝向所述头部垫板(16)，所述线发光器(22a)的光束方向与所述相机(22b)的中心线均向所述间隔的中间倾斜以形成三角关系；
所述旋转机构(3)包括一旋转驱动装置以及一旋转输出机构，该旋转输出机构连接所述L形扫描臂(21)以驱动该L形扫描臂围绕被测物旋转，从而带动所述成像扫描头(22)围绕所述被测物旋转。
2.根据权利要求1所述的头状物的3D测量装置，其特征在于，所述旋转机构支架(3)的底部安装于所述载物床(1)的一端。
3.根据权利要求1所述的头状物的3D测量装置，其特征在于，所述旋转驱动装置包括一驱动马达，该旋转驱动装置还设置有一位置反馈装置。
4.根据权利要求1所述的头状物的3D测量装置，其特征在于，所述身体床板(12)的移动位置至少有两个位置：一个为装卸位，即被测物出入时的位置；以及一个测量位，即被测物的待测部位进入旋转测量区域的位置。
5.根据权利要求1所述的头状物的3D测量装置，其特征在于，所述身体床板(12)的透明头部垫板采用不影响扫描成像工作的材料和结构。
6.根据权利要求1所述的头状物的3D测量装置，其特征在于，所述身体床板(12)上还固定有一床面移动把手(17)和与之配合锁紧的锁紧机构。
7.根据权利要求1所述的头状物的3D测量装置，其特征在于，所述相机(22b)以有线通信链路或无线通信链路中的一种传输其所捕获的被测物成像数据。
8.根据权利要求1所述的头状物的3D测量装置，其特征在于，所述成像扫描头(22)在一个确定的旋转位置获得被测物待测部位的一个断面或局部面的3D数据。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的头状物的3D测量装置，其特征在于，该头状物的3D测量装置还包括一防护罩(5)，该防护罩(5)固定在所述载物床(1)上，所述扫描成像机构(2)和旋转机构(3)在该防护罩(5)内旋转，防护罩面向扫描成像的部分为透明内环面。
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