CN206311073U - 便携式三维扫描装置及移动终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种便携式三维扫描装置及移动终端，其中，装置包括：壳体；光源，设置于所述壳体内，用于发射投射光；反射镜，倾斜设置于所述壳体内，用于改变所述投射光的传输方向；第一透镜，设置于所述壳体内，用于对所述投射光进行平行光处理得到平行投射光；衍射光学器件，设置于所述壳体内，用于将所述平行投射光衍射成结构光；第二透镜，镶嵌在所述壳体上，用于调整所述结构光的投射角度和投射范围；摄像头，镶嵌在所述壳体上，用于采集所述结构光在目标物体上形成的图案。本实用新型实现了3D扫描设备的小型化、便携化，并且3D扫描设备可以嵌入到移动终端中，实现简单、成本低廉。

Description

便携式三维扫描装置及移动终端

技术领域

本实用新型涉及三维成像技术领域，尤其涉及一种手持三维(3D)扫描电子光学设备，具体来说就是一种便携式三维扫描装置及移动终端。

背景技术

三维扫描技术发展迅速，目前已经应用在工业检测、工业设计、动漫及电影特效制作、3D(三维)展示、虚拟手术、反向工程等诸多领域和行业。

从现有的三维扫描技术手段来看，以激光三维扫描和投影结构光三维扫描技术为主，激光三维扫描系统通过投射激光线或者点阵，用摄像头捕捉投射的激光特征，通过三角测量恢复三维深度信息，但是这种逐点和逐线的扫描方式具有速度慢的缺点；在基于投影仪的结构光三维扫描系统中，通过结构光编码技术，实现整个面的一次性测量，具有速度快和精度高的明显优势，因而基于投影的结构光三维扫描技术已成为目前的主流技术手段。

针对投影结构光三维扫描技术来说，继Microsoft公司与Google公司分别推出Kinect系列和Tango系列三维扫描产品之后，目前全球众多科技企业试图在移动设备端(如：手机、平板电脑等)增添高精度三维扫描功能，以吸引消费者眼球，提高产品销量。若需在移动设备端增添高精度三维扫描功能，必须设计一个可靠度高、体积小、成本低廉的系统，然而，目前世面上还没有出现这样的移动设备终端。

因此，本领域技术人员亟需研发一种能够集成到手机等移动终端上的便携式三维扫描设备，满足用户的需求。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种便携式三维扫描装置及移动终端，解决了现有技术无法小型化3D扫描技术的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型的具体实施方式提供一种便携式三维扫描装置，包括：壳体；光源，设置于所述壳体内，用于发射投射光；反射镜，倾斜设置于所述壳体内，用于改变所述投射光的传输方向；第一透镜，设置于所述壳体内，用于对所述投射光进行平行光处理得到平行投射光；衍射光学器件，设置于所述壳体内，用于将所述平行投射光衍射成结构光；第二透镜，镶嵌在所述壳体上，用于调整所述结构光的投射角度和投射范围；摄像头，镶嵌在所述壳体上，用于采集所述结构光在目标物体上形成的图案。

本实用新型的又一具体实施方式中，所述光源为近红外光源，所述摄像头为近红外摄像头，该便携式三维扫描装置还包括：红外滤光片，设置于所述摄像头的进光口处。

本实用新型的又一具体实施方式中，该便携式三维扫描装置还包括：RGB摄像头，与所述摄像头并排设置，用于采集目标物体的彩色图像。

本实用新型的又一具体实施方式中，该便携式三维扫描装置还包括：处理器，与所述摄像头连接，用于输出与所述图案对应的三维画面；显示器，与所述处理器连接，用于显示所述三维画面。

其中，所述光源为激光光源。

本实用新型的具体实施方式还提供一种移动终端，包括：终端壳体；光源，设置于所述终端壳体内，用于发射投射光；反射镜，倾斜设置于所述终端壳体内，用于改变所述投射光的传输方向；第一透镜，设置于所述终端壳体内，用于对所述投射光进行平行光处理得到平行投射光；衍射光学器件，设置于所述终端壳体内，用于将所述平行投射光衍射成结构光；第二透镜，镶嵌在所述终端壳体上，用于调整所述结构光的投射角度和投射范围；摄像头，镶嵌在所述终端壳体上，用于采集所述结构光在目标物体上形成的图案。

本实用新型的又一具体实施方式中，所述光源为近红外光源，所述摄像头为近红外摄像头，该移动终端还包括：红外滤光片，设置于所述摄像头的进光口处。

本实用新型的又一具体实施方式中，该移动终端还包括：RGB摄像头，与所述摄像头并排设置，用于采集目标物体的彩色图像。

本实用新型的又一具体实施方式中，该移动终端还包括：终端处理器，与所述摄像头连接，用于输出与所述图案对应的三维画面；终端显示屏，与所述终端处理器连接，用于显示所述三维画面。

其中，所述光源为激光光源。

根据本实用新型的上述具体实施方式可知，便携式三维扫描装置及移动终端至少具有以下有益效果：首先利用激光光源发射激光；再利用反射镜反射激光，从而激光光源能够与三维扫描装置的壳体平行放置，从而减少三维扫描装置的厚度；再利用光学元件对激光进行扩束和平行光处理；再利用衍射光学元件(DOE)将平行激光衍射成结构光；然后利用输出镜头将结构光打到三维物体上；最后利用摄像头采集结构光在三维物体上形成的图案，从而完成三维物体的扫描。本实用新型实现了3D扫描设备的小型化、便携化，而且还具有精度高、成本低、功耗低等优点，3D扫描设备可以嵌入到手机、平板等移动终端中，方便用户进行精确三维测量和三维重建，具有广阔的市场及应用前景。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本实用新型所欲主张的范围。

附图说明

下面的所附附图是本实用新型的说明书的一部分，其绘示了本实用新型的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本实用新型的原理。

图1为本实用新型具体实施方式提供的一种便携式三维扫描装置的实施例一的结构示意图；

图2为本实用新型具体实施方式提供的一种便携式三维扫描装置的实施例二的结构示意图；

图3为本实用新型具体实施方式提供的一种便携式三维扫描装置的实施例三的结构示意图；

图4为本实用新型具体实施方式提供的一种移动终端的实施例一的结构示意图；

图5为本实用新型具体实施方式提供的一种移动终端的实施例二的结构示意图；

图6为本实用新型具体实施方式提供的一种移动终端的实施例三的结构示意图。

符号说明：

1 壳体 2 光源

3 反射镜 4 第一透镜

5 衍射光学器件 6 第二透镜

7 摄像头 8 红外滤光片

9 RGB摄像头 10 处理器

11 显示器

A 终端壳体 B 光源

C 反射镜 D 第一透镜

E 衍射光学器件 F 第二透镜

G 摄像头 H 红外滤光片

I RGB摄像头 J RGB摄像头

K 终端显示屏

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本实用新型所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本实用新型内容的实施例后，当可由本实用新型内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本实用新型内容的精神与范围。

本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本实用新型，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。

某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。

图1为本实用新型具体实施方式提供的一种便携式三维扫描装置的实施例一的结构示意图，如图1所示，利用反射镜调整投射光的传输方向，从而可以将光源与壳体平行设置；利用第一透镜对投射光进行平行光处理得到平行投射光；利用衍射光学器件(DOE)将平行投射光衍射成结构光；最后通过第二透镜调整结构光投射角度和投射范围，最终将结构光投射到目标物体上；利用摄像头采集结构光在目标物体上形成的图案。

该附图所示的具体实施方式中，该便携式三维扫描装置包括：壳体1、光源2、反射镜3、第一透镜4、衍射光学器件5、第二透镜6和摄像头7。其中，光源2设置于所述壳体1内，光源2用于发射投射光；反射镜3倾斜设置于所述壳体1内，反射镜3用于改变所述投射光的传输方向；第一透镜4设置于所述壳体1内，第一透镜4用于对所述投射光进行平行光处理得到平行投射光；衍射光学器件5设置于所述壳体1内，衍射光学器件5用于将所述平行投射光衍射成结构光；第二透镜6镶嵌在所述壳体1上，第二透镜6用于调整所述结构光的投射角度和投射范围；摄像头7镶嵌在所述壳体1上，摄像头7用于采集所述结构光在目标物体O上形成的图案。本实用新型的具体实施例中，光源2为激光光源或近红外光源；第一透镜4和第二透镜6均为凸透镜。

参见图1，利用光源发射投射光；再利用反射镜反射投射光，从而光源能够与壳体平行放置，从而减少三维扫描装置的厚度；再利用透镜对投射光进行扩束和平行光处理；再利用衍射光学元件将平行投射光衍射成结构光；然后利用输出镜头将结构光打到三维目标物体上；最后利用摄像头采集结构光在三维目标物体上形成的图案，从而完成三维物体的扫描，实现了3D扫描设备的小型化、便携化，而且还具有精度高、成本低、功耗低等优点。

图2为本实用新型具体实施方式提供的一种便携式三维扫描装置的实施例二的结构示意图，如图2所示，当光源为近红外光源、摄像头为近红外摄像头时，需要在摄像头的进光口处设置红外滤光片，即过滤掉红外光；RGB(红、绿、蓝)摄像头采集目标物体的彩色图像，用于后续纹理贴图工作。

该附图所示的具体实施方式中，所述光源2为近红外光源，所述摄像头7为近红外摄像头，该便携式三维扫描装置还包括：红外滤光片8，其中，红外滤光片8设置于所述摄像头7的进光口处，红外滤光片8用于滤除红外光。

进一步地，该便携式三维扫描装置还包括：RGB摄像头9。其中，RGB摄像头9与所述摄像头7并排设置，RGB摄像头9用于采集目标物体O的彩色图像。

参见图2，利用RGB摄像头采集目标物体的彩色图像，可以用于后续纹理贴图工作，从而可以呈现彩色三维画面，满足用户的特定需求，用户体验度好。

图3为本实用新型具体实施方式提供的一种便携式三维扫描装置的实施例三的结构示意图，如图3所示，处理器输出与图案对应的三维画面，并在显示器上显示。

该附图所示的具体实施方式中，该便携式三维扫描装置还包括：处理器10和显示器11，其中，处理器10与所述摄像头7连接，处理器10用于输出与所述图案对应的三维画面；显示器11与所述处理器10连接，显示器11用于显示所述三维画面。

参见图3，处理器输出与图案对应的三维画面；显示器显示所述三维画面，用户通过便携式三维扫描装置可以直观感受到目标物体呈现的三维画面。本实用新型的其它实施例中，可以将摄像头采集的图案发送给其它终端设备(例如手机、台式计算机、平板电脑等)，其它终端设备处理图案，并输出与图案对应的三维画面。

图4为本实用新型具体实施方式提供的一种移动终端的实施例一的结构示意图，如图4所示，利用反射镜调整投射光的传输方向，从而可以将光源与移动终端的终端壳体平行设置；利用第一透镜对投射光进行平行光处理得到平行投射光；利用衍射光学器件将平行投射光衍射成结构光；最后通过第二透镜调整结构光投射角度和投射范围，最终将结构光投射到目标物体上；利用摄像头采集结构光在目标物体上形成的图案。

该附图所示的具体实施方式中，该移动终端包括：终端壳体A、光源B、反射镜C、第一透镜D、衍射光学器件E、第二透镜F和摄像头G。其中，光源B设置于所述终端壳体A内，光源B用于发射投射光；反射镜C倾斜设置于所述终端壳体A内，反射镜C用于改变所述投射光的传输方向；第一透镜D设置于所述终端壳体A内，第一透镜D用于对所述投射光进行平行光处理得到平行投射光；衍射光学器件E设置于所述终端壳体A内，用于将所述平行投射光衍射成结构光；第二透镜F镶嵌在所述终端壳体A上，用于调整所述结构光的投射角度和投射范围；摄像头G镶嵌在所述终端壳体A上，摄像头G用于采集所述结构光在目标物体O上形成的图案。本实用新型的具体实施例中，光源2为激光光源或近红外光源；第一透镜4和第二透镜6均为凸透镜；移动终端可以为手机、平板电脑、PDA(个人数字助理)、便携式计算机等。

参见图4，光源B与移动终端的后壳体(即终端壳体A)平行，光源B发出的投射光与移动终端的后壳体平行，投射光经过反射镜反射后，与移动终端的后壳体垂直；第一透镜、衍射光学器件和第二透镜均与移动终端的后壳体平行，与移动终端的后壳体垂直的投射光依次经过第一透镜、衍射光学器件和第二透镜，最终投射到目标物体上。利用光源发射投射光；再利用反射镜反射投射光，从而光源能够与终端壳体平行放置，从而减少移动终端的厚度，从而可以将三维扫描设备集成到现有移动终端中；再利用透镜对投射光进行扩束和平行光处理；再利用衍射光学元件将平行投射光衍射成结构光；然后利用输出镜头将结构光打到三维目标物体上；最后利用摄像头采集结构光在三维目标物体上形成的图案，从而完成三维物体的扫描，在现有移动终端增加三维移动扫描功能的同时，不会增加移动终端的体积，具有精度高、实现成本低、功耗低、对现有移动终端改动小等优点。

图5为本实用新型具体实施方式提供的一种移动终端的实施例二的结构示意图，如图5所示，如图5所示，当光源为近红外光源、摄像头为近红外摄像头时，需要在摄像头的进光口处设置红外滤光片，即过滤掉红外光；RGB(红、绿、蓝)摄像头采集目标物体的彩色图像，用于后续纹理贴图工作。

该附图所示的具体实施方式中，所述光源B为近红外光源，所述摄像头G为近红外摄像头，该移动终端还包括：红外滤光片H。其中，红外滤光片H设置于所述摄像头G的进光口处，红外滤光片8用于滤除红外光。

进一步地，该移动终端还包括：RGB摄像头I。其中，RGB摄像头I与所述摄像头G并排设置，RGB摄像头I用于采集目标物体O的彩色图像。

参见图5，利用RGB摄像头采集目标物体的彩色图像，可以用于后续纹理贴图工作，从而可以呈现彩色三维画面，满足特定用户的需要，用户体验度好。对现有移动终端改动小，摄像头G可以利用使用移动终端现有的摄像头。

图6为本实用新型具体实施方式提供的一种移动终端的实施例三的结构示意图，如图6所示，终端处理器输出与图案对应的三维画面，并在终端显示器上显示。

该附图所示的具体实施方式中，该移动终端还包括：终端处理器J和终端显示屏K。其中，终端处理器J与所述摄像头G连接，终端处理器J用于输出与所述图案对应的三维画面；终端显示屏K与所述终端处理器J连接，终端显示屏K用于显示所述三维画面。

参见图6，终端处理器输出与图案对应的三维画面；终端显示器显示所述三维画面，用户通过移动终端可以直观感受到目标物体呈现的三维画面。对现有移动终端改动小，终端处理器J可以使用移动终端现有的处理器，终端显示屏K可以使用移动终端现有的显示屏，实现成本低廉。

本实用新型的具体实施方式提供一种便携式三维扫描装置及移动终端，首先利用激光光源发射激光；再利用反射镜反射激光，从而激光光源能够与三维扫描装置的壳体平行放置，从而减少三维扫描装置的厚度；再利用光学元件对激光进行扩束和平行光处理；再利用衍射光学元件(DOE)将平行激光衍射成结构光；然后利用输出镜头将结构光打到三维物体上；最后利用摄像头采集结构光在三维物体上形成的图案，从而完成三维物体的扫描。本实用新型实现了3D扫描设备的小型化、便携化，而且还具有精度高、成本低、功耗低等优点，3D扫描设备可以嵌入到手机、平板等移动终端中，方便用户进行精确三维测量和三维重建，具有广阔的市场及应用前景。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种便携式三维扫描装置，其特征在于，该便携式三维扫描装置包括：

壳体(1)；

光源(2)，设置于所述壳体(1)内，用于发射投射光；

反射镜(3)，倾斜设置于所述壳体(1)内，用于改变所述投射光的传输方向；

第一透镜(4)，设置于所述壳体(1)内，用于对所述投射光进行平行光处理得到平行投射光；

衍射光学器件(5)，设置于所述壳体(1)内，用于将所述平行投射光衍射成结构光；

第二透镜(6)，镶嵌在所述壳体(1)上，用于调整所述结构光的投射角度和投射范围；以及

摄像头(7)，镶嵌在所述壳体(1)上，用于采集所述结构光在目标物体(O)上形成的图案。

2.如权利要求1所述的便携式三维扫描装置，其特征在于，所述光源(2)为近红外光源，所述摄像头(7)为近红外摄像头，该便携式三维扫描装置还包括：

红外滤光片(8)，设置于所述摄像头(7)的进光口处。

3.如权利要求1所述的便携式三维扫描装置，其特征在于，该便携式三维扫描装置还包括：

RGB摄像头(9)，与所述摄像头(7)并排设置，用于采集目标物体(O)的彩色图像。

4.如权利要求1所述的便携式三维扫描装置，其特征在于，该便携式三维扫描装置还包括：

处理器(10)，与所述摄像头(7)连接，用于输出与所述图案对应的三维画面；以及

显示器(11)，与所述处理器(10)连接，用于显示所述三维画面。

5.如权利要求1所述的便携式三维扫描装置，其特征在于，所述光源(2)为激光光源。

6.一种移动终端，其特征在于，该移动终端包括：

终端壳体(A)；

光源(B)，设置于所述终端壳体(A)内，用于发射投射光；

反射镜(C)，倾斜设置于所述终端壳体(A)内，用于改变所述投射光的传输方向；

第一透镜(D)，设置于所述终端壳体(A)内，用于对所述投射光进行平行光处理得到平行投射光；

衍射光学器件(E)，设置于所述终端壳体(A)内，用于将所述平行投射光衍射成结构光；

第二透镜(F)，镶嵌在所述终端壳体(A)上，用于调整所述结构光的投射角度和投射范围；以及

摄像头(G)，镶嵌在所述终端壳体(A)上，用于采集所述结构光在目标物体(O)上形成的图案。

7.如权利要求6所述的移动终端，其特征在于，所述光源(B)为近红外光源，所述摄像头(G)为近红外摄像头，该移动终端还包括：

红外滤光片(H)，设置于所述摄像头(G)的进光口处。

8.如权利要求6所述的移动终端，其特征在于，该移动终端还包括：

RGB摄像头(I)，与所述摄像头(G)并排设置，用于采集目标物体(O)的彩色图像。

9.如权利要求6所述的移动终端，其特征在于，该移动终端还包括：

终端处理器(J)，与所述摄像头(G)连接，用于输出与所述图案对应的三维画面；以及

终端显示屏(K)，与所述终端处理器(J)连接，用于显示所述三维画面。

10.如权利要求6所述的移动终端，其特征在于，所述光源(B)为激光光源。