CN205947787U - 基于运动导轨式图像传感器的环状全向3d扫描仪 - Google Patents

Abstract

基于运动导轨式图像传感器的环状全向3D扫描仪，按照国际专利分类表(IPC 2015)划分属于G物理部，G01测量测试分部，G01C测量距离、水准或者方位；勘测；导航；陀螺仪；摄影测量学或视频测量学大类的技术领域。其目的是解决目前3D扫描仪只能在人工手持扫描或将被观测物体置于外置转台上的情况下，重建被观测物体全方位外表面3D信息的问题。其特征是，若干个导轨传动装置被固定于某环状装置内壁，每个导轨传动装置安装有若干个2D图像传感器或3D图像传感器，传感器朝向环状装置内部并能够沿环状装置内壁围绕被观测物体作特定轨迹的运动；在运动的同时，传感器对被观测物体进行连续或离散的数据采集，进而重建被观测物体外表面的3D信息，既无需额外转台辅助转动被观测物体、又无需人工手持扫描仪围绕被观测物体移动，使用方便，快速高效。

Description

基于运动导轨式图像传感器的环状全向3D扫描仪

技术领域

本实用新型涉及所有环状结构的、单个或多个运动导轨固定在该环状结构装置上的、每个运动导轨上安装一个或多个图像传感器(2D图像传感器或3D图像传感器)并且可以跟随导轨的推动沿环状装置作特定轨迹的运动的、用于对被观测物体进行全方位3D重建的3D扫描装置，特别是针对人体四肢、头部等局部和小物件等实现全向3D重建的环状装置。按照国际专利分类表(IPC 2015)划分属于G物理部，G01测量测试分部，G01C测量距离、水准或者方位；勘测；导航；陀螺仪；摄影测量学或视频测量学大类的技术领域。

背景技术

市场现有的三维扫描仪，不论其采用何种3D重建(亦可称之为3D成像)原理，均呈现为长方体或类长方体结构，传感器分布在该长方体结构或类长方体结构的六个侧面中的某一个侧面，通过一次数据采集，只能对被观测物体的某一个侧面进行表面3D重建。为了获取被观测物体的全方位3D信息，往往通过

1)将被观测物体放置在一个转台上，通过转台若干圈转动、且保持被观测物体与转台相对静止来实现对被观测物体的360度全方位3D重建；

2)或通过手持式3D扫描设备围绕物体若干次往复式扫描、且所扫描到的区域覆盖被观测物体全部表面、从而实现对被观测物体的360度全方位3D重建；

3)亦或通过将物体一分为多、分而治之的方法，将被观测物体分为若干部分分别扫描进行3D重建、进而拼成一个完整的、360度全方位的3D模型；等等。

不论采用哪种方法展开对被测物体的全向3D扫描，3D扫描设备均呈现为长方体结构或类长方体结构。

发明内容

本实用新型的目的在于：提供一种新型的、环状结构的、使用导轨传动装置的全向3D扫描装置，一个或多个2D或3D图像传感器安装在导轨传动装置上，能够沿环状结构围绕被观测物体作特定轨迹的运动；该装置良好解决了长方体结构或类长方体结构3D扫描仪存在的需要“额外人工移动扫描设备”或“将被观测物体放置在额外转台上旋转”才能重建被观测物体表面3D信息的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：基于运动导轨式图像传感器的环状全向3D扫描仪，外观呈现为环状结构，可以是正圆环状、正方形环状、正多边形环状、也可以是其它任意环状。若干个导轨传动装置被固定于该环形装置内侧壁，每个导轨传动装置安装有若干个2D或3D图像传感器并统一正视环状装置的内部。譬如：若该环形装置是正圆环状，2个半环状导轨被固定于圆环内侧的两边，2个2D或3D图像传感器分别安装在两个导轨传动装置的滑座上，统一朝向正圆环的圆心。传感器跟随导轨滑座移动，沿圆环内侧壁围绕被观测物体作半圆周运动。

若干个图像传感器在围绕被观测物体运动的同时，采集到的2D或3D信号，1)分别通过一致的数据传输方式传出，这些传输方式包括：USB2.0数据传输方式、USB3.0数据传输方式、千兆网(GigE)数据传输方式，等等；即：有多少图像传感器，就配备多少根相关数据线用于将采集的图像数据导出；2)或将采集数据通过软排线或其它数据传输方式汇总到统一的数据存储模块，然后再通过单独一根数据线将汇总的图像数据统一输出；3)每一个2D或3D图像传感器分别通过一个wifi模块转发，通过无线网络实现数据传输。

与现有技术相比较，本实用新型的有益效果是：基于运动导轨式图像传感器的环状全向3D扫描仪可以解决现有长方体结构或类长方体结构全向3D扫描仪在耗时性、易用性等诸多方面的难题，包括：

1)相比需要额外转台的长方体结构或类长方体结构全向3D扫描仪，该基于运动导轨式图像传感器 的环状全向3D扫描仪无需将被观测物体固定在一个转台上旋转若干圈，对于某些重量大，不易转动的物体，能够简单高效地对其进行3D重建；

2)相比手持式长方体结构或类长方体结构全向3D扫描仪，该基于运动导轨式图像传感器的环状全向3D扫描仪无需人工手持对被观测物进行若干次往复式扫描，而仅需将被观测物置于扫描仪中心即可，简单高效；

3)相比将被观测物体分为多个部分、分别进行3D重建的方案，该基于运动导轨式图像传感器的环状全向3D扫描仪可以连续地获取被测物各方位的图像信息，保留更多细节，进而统一重建3D信息，简单高效。特别地，当被测目标是人体身体局部(比如人体四肢、人头等)的时候，基于运动导轨式图像传感器的环状全向3D扫描仪由于其快速高效、可大大提升用户体验感。

附图说明

附图给出本实用新型“基于运动导轨式图像传感器的环状全向3D扫描仪”两个在研实例A、B的结构示意图：

实例A：该实例呈现正圆环状结构，采用2个3D图像传感器，2个外置移动电源，2个wifi无线模块以及2个半环状导轨传动装置；传动装置用于控制传感器的移动，外置移动电源为wifi无线模块与传感器供电，而传动装置通过交流电源供电，传感器经USB数据线连接wifi无线模块，通过wifi无线模块转发实现数据传输。

实例B：该实例呈现三角环状结构，采用3个2D图像传感器，3个外置移动电源，3个wifi无线模块以及3个直条型导轨传动装置；传动装置用于控制传感器的移动，外置移动电源为wifi无线模块与传感器供电，而传动装置通过交流电源供电，传感器经USB数据线连接wifi无线模块，通过wifi无线模块转发实现数据传输。

图1：是本实用新型的实例A的三维示意图。

图2：是本实用新型的实例A的俯视结构示意图。

图3：是本实用新型的实例A导轨传动装置的俯视局部细节示意图。

图4：是本实用新型的实例A导轨滑座三维细节示意图。

图5：是本实用新型的实例B的三维示意图。

上述诸示意图中零部件的标号说明如下：

1.圆环状装置

2.半环状导轨传动装置

3.滑座

4.3D图像传感器

5.外置移动电源

6.无线WIFI模块

7.导轨电源线

8.USB数据线

9.滑座螺丝孔

10.三角环状装置

11.直条型导轨传动装置

12.2D图像传感器

具体实施方式

实例A：

在图1中，2个半环状导轨传动装置(2)分别内嵌于圆环状装置(1)的内侧壁的两侧，每个传动装置(2)上安装一个滑座(3)，每个滑座(3)上各固定1个3D图像传感器(4)、1个外置移动电源(5)与1个无线wifi模块(6)，滑座经由导轨传动装置(2)推动，能够沿导轨做180度圆周运动。

在图2中，2条导轨电源线(7)于圆环状装置(1)内布线，并从圆环状装置(1)一侧引出，与外部电源连接，实现对半环状导轨传动装置(2)的控制与供电。

在图3中，滑座(3)嵌套在导轨(2)上，滑座(3)前端固定一个3D图像传感器(4)，侧面固定一个外置移动电源(5)，上端则固定一个无线wifi模块(6)。外置移动电源通过usb数据线(8)与wifi无线模块连接，实现对无线wifi模块的供电；无线wifi模块则通过usb数据线(8)与3D图像传感器连接，实现对传感器供电以及传感器的数据转发。3D图像传感器背对导轨，朝向圆环状装置(1)的圆心。

在图4中，滑座(3)在顶端与侧面分别有4个螺丝孔(9)，3D图像传感器(4)、外置移动电源(5)与无线wifi模块(6)均通过螺丝，固定在滑座(3)上。

在本例中，3D图像传感器(4)可以采用市场上常见的结构光深度传感器，也可以采用TOF深度传感器。但市面上常见的3D图像传感器，均通过USB线，实现传感器的供电以及数据传输。由于传感器需要沿导轨作圆周运动，如果在圆环状装置(1)中布数据线，容易引起数据线的缠绕，导致传动装置失灵。本实用新型采取添加无线wifi模块的解决方案。

无线wifi模块实现的功能是：

1)接收外部控制信号，转发3D图像传感器，实现外部设备对传感器的同步控制。

2)汇总3D图像传感器获取的图像数据，并向外传输。

3)作为外置移动电源与3D图像传感器的中间媒介，实现外置移动电源对3D图像传感器的供电。

使用实例A时，用户将被观测物体置于圆环状结构中央，确认所有3D图像传感器均能拍摄到被观测物体。导轨传动装置搭载3D图像传感器围绕被观测物体作圆周运动的同时，3D图像传感器获得被观测物体全方位360度的3D图像数据，用于后期全向3D重建。

实例B：

在图5中，3个直条型导轨传动装置(11)分别嵌于三角环状装置(10)内侧壁的三侧，每个传动装置(11)上安装一个滑座(3)，每个滑座(3)上各固定1个2D图像传感器(12)、1个外置移动电源(5)与1个无线wifi模块(6)，滑座(3)跟随导轨传动装置推动，能够沿导轨做直线运动。

实例B与实例A的主要不同之处在于：

1)采用的外壳装置不同，实例A采用的是圆环状装置，实例B采用的是三角环状装置。

2)使用的导轨传动装置不同，实例A采用半环状导轨，实例B采用直线型导轨。

3)使用的图像传感器不同，实例A采用3D图像传感器，实例B采用2D图像传感器。

使用实例B时，用户将被观测物体置于三角环状结构中央，确认所有2D图像传感器均能拍摄到被观测物体。导轨传动装置搭载2D图像传感器围绕被观测物体作直线运动的同时，2D图像传感器获得被观测物体全方位360度的2D图像数据，用于后期全向3D重建。

本实用新型与现有最接近的技术共有的技术特征是，采用若干个2D图像传感器或3D图像传感器，获得被观测物体3D重建所必须的信息；本实用新型与现有最接近的技术比较，特有的技术特征是，使 用环状结构装置，多个传动装置被安装在环状结构内侧，多个2D或3D图像传感器通过传动装置，能够围绕被观测物体沿环状结构作特定轨迹的运动(譬如上述的直线型运动、弧形运动等)，从而通过多次连续或间断的数据采集，获得被观测物体全方位外表面的3D信息。

Claims (4)

1.一种3D扫描仪，包含一个以上2D图像传感器或3D图像传感器、一个以上导轨传动装置以及至少一个环状装置，其特征是：导轨传动装置固定在环状装置内侧，每个传动装置上均安装有一个以上的传感器。

2.根据权利要求1所述的3D扫描仪，其特征是：各传感器均朝向环状装置内部。

3.根据权利要求1所述的3D扫描仪，其特征是：环状装置的外形是封闭的环状结构，各边相互连接形成闭环。

4.根据权利要求1所述的3D扫描仪，其特征是：导轨传动装置的外形可以是非封闭的非环状结构。