CN209459601U - 一种结构光三维扫描装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种结构光三维扫描装置，包括投影系统，配置为向被观测物投射投影图像；所述投影系统至少包括可投射投影图像的投影器件，投影镜头；成像系统，配置为接收被观测物反射的投影图像；所述成像系统至少包括接收反射回的投影图像的成像器件，成像镜头；控制系统，控制所述的投影系统和成像系统；所述控制系统中包括至少两个标定参数；在扫描装置的有效测量范围内,标定参数与三维扫描装置的工作距一一对应。本实用新型提供一种在工作距变化或者更换不同使用环境情况下，无需再次标定相应工作参数，可直接对待观测物体进行三维测量的可变工作距的结构光三维扫描装置。

Description

一种结构光三维扫描装置

技术领域

本实用新型属于光学领域，具体地说，涉及一种结构光三维扫描装置。

背景技术

三维物体表面形貌的测量，在机械制造领域又称为逆向工程，在现代加工制造及实际作业生产中起着越来越重要的作用；随着三维物体表面形状的非接触检测技术在科研、医学诊断、工程设计、刑事侦查现场痕迹分析、自动在线检测、质量控制、机器人及许多生产过程中越来越广泛的应用，人们对三维形貌测量的要求也越来越高，其应用领域也在不断扩大。

在现有技术中，三维形貌测量技术视场改变主要通过改变工作距和更换镜头的方式实现，前者相当于调焦后者相当于变焦，调焦方式需要改变投影光路与成像光路的基距即改变三维扫描装置的结构尺寸，视场越大扫描装置的结构尺寸越大；变焦方式需要更换投影、成像镜头；虽然现有三维扫描技术也用标志点确定工作距，但标志点非偏心设置，无法随工作距变化而改变标志点成像位置即区分工作距，进一步来说调焦、变焦方式都需要变化后对三维扫描装置标定后方可进行三维测量。

申请号为CN201510416362.3的中国专利公开了一种三维扫描显微镜及条纹投影三维扫描的方法，利用安装在体视显微镜上的具有同步触发模式和精确像素对应模式的条纹投影装置和具有同步触发条纹采集装置分别进行投影和拍摄，条纹投影装置投射的序列条纹图形经体视显微镜内部条纹投影光路从物镜射出后投射在被观测物表面，条纹采集装置经体视显微镜内部条纹采集光路获取被观测物表面的序列条纹图像，两者同步进行，使投影和拍摄效率更高。

申请号为CN201120019181.4的中国专利公开了一种结构光三维形貌测量装置，包括投影机和摄像机，投影机和摄像机设于支架上，投影机和摄像机之间距离可调，所述投影机的投影光路和摄像机的成像光路平行，且投影机的投影透镜和摄像机的成像透镜其中至少有一透镜偏心。该测量装置利用投影镜头和/或成像镜头的偏心成像原理，使投影视场光学中心与成像视场光学中心在物距位置重合、投影视场与成像视场在物距位置重叠，加大了投影机光轴与摄像机光轴的距离，从而形成无阴影的高精度测量区域。

虽然上述现有技术在一定程度上解决了三维形貌测量的问题，但依然存在着更换工作距或者使用环境时，需对三维扫描装置重新进行标定的情况，极大的降低了使用效率和应用的范围。

因此，有必要对现有技术的不足和缺陷进行改进，提供一种在工作距变化或者更换不同使用环境情况下，无需再次标定相应工作距参数，可直接对待观测物体进行三维测量的结构光三维扫描装置。

有鉴于此特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种可以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的结构光三维扫描装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用技术方案的基本构思是：一种结构光三维扫描装置，包括

投影系统，配置为向被观测物投射投影图像；

所述投影系统至少包括可投射投影图像的投影器件，投影镜头；

成像系统，配置为接收被观测物反射的投影图像；

所述成像系统至少包括接收反射回的投影图像的成像器件，成像镜头；

控制系统，控制所述的投影系统和成像系统；

所述

控制系统中包括至少两个标定参数；

在扫描装置的有效测量范围内,标定参数与三维扫描装置的工作距一一对应。

其中，所述

控制系统中的标定参数为三维扫描装置工作距确定后利用标准物体对三维扫描装置进行参数标定后生成的参数矩阵。

进一步地，所述利用三维扫描装置工作距进行的标定是连续的。

更进一步地，所述利用三维扫描装置工作距进行的标定是按该工作距所对应的景深间隔或以一定规律或随机间隔的标定。

再进一步地，所述投影系统的投影光路与成像系统的成像光路为平行光路设置。

在一个实施例中，所述投影系统与成像系统之间的基距为固定值。

在一个实施例中，所述投影系统与成像系统之间的基距大于投影标志点在投影系统像面的偏心距。

此外，一种结构光三维扫描装置，包括

投影系统，配置为向被观测物投射投影图像；

所述投影系统至少包括可投射投影标志点的投影器件，投影镜头；

成像系统，配置为接收被观测物反射的投影图像；

所述成像系统至少包括接收反射回的投影图像形成的成像标志点的成像器件，成像镜头；

控制系统，控制所述的投影系统和成像系统；

所述

投影标志点与投影镜头光学中心偏心设置；

在成像器件上，成像标志点相对于成像系统光学中心的位置与三维扫描装置的工作距一一对应。

其中，所述

控制系统中包括至少两个标定参数；

标定参数，配置为在扫描装置的有效测量范围内，根据成像标志点相对于成像系统光学中心的位置进行标定而生成的参数矩阵。

进一步地，所述成像标志点相对于成像系统光学中心的位置进行的标定是逐像素的。

在一个实施例中，所述成像标志点相对于成像系统光学中心的位置进行的标定是按该工作距所对应的景深间隔或以一定规律或随机间隔的标定。

更进一步地，所述改变三维扫描装置与被观测物的工作距为改变所述三维扫描装置与被观测物之间的距离的方式实现工作距的改变。

在一个实施例中，所述投影系统的投影光路与成像系统的成像光路为平行光路设置。

在一个实施例中，所述投影系统与成像系统之间的基距为固定值。

在一个实施例中，所述投影系统与成像系统之间的基距大于投影标志点在投影系统像面的偏心距。

而且，一种结构光三维扫描装置的标定方法，包括如下步骤，

S1.将三维扫描装置放置于距被观测物体一定工作距处；

S2.投影器件通过投影镜头向被观测物体投射标志点，成像器件接收被观测物体反射回的成像标志点；

S3.获取成像标志点在成像器件上相对于成像系统光学中心形成的位置，对该位置进行标定；

S4.在控制系统中获取步骤S3中标定的成像标志点的位置参数，进而形成标定参数；

S5.改变三维扫描装置的工作距，重复步骤S2-S4，获取多个成像标志点，进而获取与成像标志点位置参数相对应的多个标定参数。

其中，所述投影标志点与投影镜头光学中心偏心设置。

进一步地，所述的标定参数，配置为在扫描装置的有效测量范围内，根据三维扫描装置工作距进行标定而生成的参数矩阵。

在一个实施例中，所述的标定成像标志点是在成像器件中相对于成像系统光学中心的位置逐像素的标定。

在一个实施例中，所述的标定成像标志点是在成像器件中相对于成像系统光学中心的位置按该工作距所对应的景深间隔或以一定规律或随机间隔标定。

更进一步地，所述改变三维扫描装置与被观测物的工作距为改变所述三维扫描装置与被观测物之间的距离实现工作距的改变。

在一个实施例中，所述投影系统的投影光路与成像系统的成像光路为平行光路设置。

在一个实施例中，所述投影系统与成像系统之间的基距为固定值。

在一个实施例中，所述投影系统与成像系统之间的基距大于投影标志点在投影系统像面的偏心距。

同时，一种结构光三维扫描装置的使用方法，包括如下步骤，

S1.将三维扫描装置放置于距被观测物体一定工作距处；

S2.投影器件通过投影镜头向被观测物体投射标志点，成像器件接收被观测物体反射回的成像标志点；

S3.获取成像标志点在成像器件上相对于成像系统光学中心形成的位置；

S4.在控制系统中通过获取步骤S3中标定的成像标志点的位置参数，确定标定参数；

S5.调用控制系统中标定位置处的标定参数进行三维扫描。

其中，所述投影标志点与投影镜头光学中心偏心设置。

进一步地，所述的标定参数，配置为在扫描装置的有效测量范围内，根据三维扫描装置工作距进行标定而生成的参数矩阵。

在一个实施例中，所述成像标志点相对于成像系统光学中心的位置进行的标定是逐像素的。

更进一步地，改变工作距后，在成像器件中，获取成像标志点位置参数即可获得标定参数。

在一个实施例中，所述改变三维扫描装置与被观测物的工作距为改变所述三维扫描装置与被观测物之间的距离方式实现工作距的改变。

再进一步地，所述投影系统的投影光路与成像系统的成像光路为平行光路设置。

在一个实施例中，所述投影系统与成像系统之间的基距为固定值。

在一个实施例中，所述投影系统与成像系统之间的基距大于投影标志点在投影系统像面的偏心距。

并且，一种结构光三维扫描装置的使用方法，包括如下步骤，

S1.将三维扫描装置放置于距被观测物体一定工作距处；

S2.投影器件通过投影镜头向被观测物体投射标志点，成像器件接收被观测物体反射回的成像标志点；

S3.获取成像标志点在成像器件上相对于成像系统光学中心形成的位置；

S4.在控制系统中通过获取步骤S3中成像标志点的位置参数，确定标定参数；

S5.将获取的成像标志点位置和标定的成像标志点位置进行比较，调整三维扫描装置到被观测物体的工作距，观察成像器件接收到的成像标志点在成像器件上的位置直到与成像器件上的标定位置对准；

S6.调用控制系统中标定位置处的标定参数进行三维扫描。

其中，所述投影标志点与投影镜头光学中心偏心设置。

进一步地，所述的标定参数，配置为在扫描装置的有效测量范围内，根据三维扫描装置工作距进行标定而生成的参数矩阵。

在一个实施例中，所述的标定成像标志点是在成像器件中相对于成像系统光学中心的位置按该工作距所对应的景深间隔或以一定规律或随机间隔标定。

更进一步地，改变工作距后，在成像器件中，将成像标志点与标定成像标志点对准即可获得标定参数。

在一个实施例中，所述改变三维扫描装置与被观测物的工作距为改变所述三维扫描装置与被观测物之间的距离方式实现工作距的改变。

再进一步地，所述投影系统的投影光路与成像系统的成像光路为平行光路设置。

在一个实施例中，所述投影系统与成像系统之间的基距为固定值。

在一个实施例中，所述投影系统与成像系统之间的基距大于投影标志点在投影系统像面的偏心距。

采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本实用新型在三维扫描装置中预设了多个根据不同工作距标定出的标定参数，便于三维扫描装置在不同工作距下可以快速进行三维测量工作，避免对不同工作距下反复标定参数带来的不便，提高了工作效率；

2、本实用新型将投影标志点与投影镜头光学中心偏心设置，使得不同工作距与标定参数一一对应；

3、设置多个标定位置，提高了三维扫描装置在使用过程中的可靠性，有效地保证了被观测物体三维测量的准确性；

4、投影系统与成像系统之间的基距为固定值，使得在测量过程中，工作距成为唯一的变量，提高测量的稳定性；

5、投影系统与成像系统的成像光路平行设置，使得装置的整体结构紧凑，进一步提升了携带性能以及对不同工作状态的适应性。

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本实用新型的一部分，用来提供对本实用新型的进一步的理解，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，但不构成对本实用新型的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

在附图中：

图1是本实用新型一种可变工作距的结构光三维扫描装置结构示意图。

图中：1、投影系统；2、成像系统；3、被观测物；4、投影器件；5、成像器件；6、投影镜头；7、成像镜头；8、工作距；9、标定参数；10、基距；11、控制系统。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本实用新型的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本实用新型的概念。

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，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实用新型所述的一种结构光三维扫描装置，用于工作距8变换或者频繁更换工作状态的测量工作中，例如，警用现场勘查的三维扫描工作、对不同工件的三维扫描测量以及对人脸皮肤的三维图像扫描成像等使用环境，具体来说，包括投影系统1，配置为向被观测物3投射投影图像；所述投影系统1至少包括可投射投影标志点的投影器件4，可调焦的投影镜头6；所述投影标志点与投影镜头6光学中心偏心设置；成像系统2，配置为接收被观测物3反射的投影图像；所述成像系统2至少包括接收投影标志点图像即成像标志点的成像器件5，可调焦的成像镜头7；控制系统11，控制所述的投影系统1和成像系统2；在成像器件5上，成像标志点相对于成像系统2光学中心的位置与三维扫描装置的工作距8一一对应，此位置称为工作位置，将成像标志点相对于成像系统2光学中心的位置与三维扫描装置的工作距8一一对应的设置使得三维扫描装置可以在不同工作距8下准确地定位到工作位置，进而做出相应的操作，实现三维扫描测量。改变工作距8后，在成像器件5上将工作位置与标定位置对准即可获得标定参数9。

其中，所述控制系统11中包括至少两个标定参数9，控制系统11中的标定参数9对应成像标志点相对于成像系统2光学中心的位置以及三维扫描装置的不同工作距8。不同的工作距8会在成像器件5上距离光学中心不同位置处显现成像标志点，此位置与工作距8对应，所以该位置称为工作位置。对此位置进行标定就生成了标定位置及标定参数9。对不同工作距8重复此操作进而生成控制系统11中的预设标定参数9。在标定参数9生成的过程中，本实用新型采用两种方式，第一种为标定参数9的满排列标定，即对布满成像器件5上相对于成像系统2光学中心的左右位置按像素标定，第二种为选择左右位置的部分点来进行标定参数9的设置，基于上述两种方法，本实用新型所述的三维扫描装置也有相应的两种使用方法，具体如下：

一种可变工作距8的结构光三维扫描装置的使用方法，包括上述所述的一种可变工作距 8的结构光三维扫描装置，还包括如下步骤，

S1.将装置放置于距被观测物3体一定工作距8处；

S2.投影器件4通过投影镜头6向被观测物3体投射标志点，成像器件5通过成像镜头7 接收被观测物3体反射回的投影标志点的像；

S3.计算成像器件5接收到的成像标志点在成像器件5上相对于成像系统2光学中心的位置，此位置称为工作位置；

S4通过工作位置获得标定位置，调用标定位置处的标定参数9进行三维扫描。

此种方法是在标定参数9为逐像素排列，即布满所对应的所有成像标志点在成像器件5 上相对于成像系统2光学中心的左右位置的方案中所使用。

一种可变工作距8的结构光三维扫描装置的使用方法，包括上述所述的一种可变工作距 8的结构光三维扫描装置，还包括如下步骤，

S1.将装置放置于距被观测物3体一定工作距8处；

S2.投影器件4通过投影镜头6向被观测物3体投射标志点，成像器件5通过成像镜头7 接收被观测物3体反射回的投影标志点的像；

S3.计算成像器件5接收到的成像标志点在成像器件5上相对于成像系统2光学中心的位置(工作位置)并与成像器件5上的标定位置进行比较；

S4.调整三维扫描装置到被观测物3体的距离，观察成像器件5接收到的工作位置直到与成像器件5上的标定位置对准；

S5.调用该标定位置处所对应的工作距8的标定参数9进行三维扫描。

此种方法是在选择部分点来进行标定参数9的设置的方案下使用的，此种方法需要对三维扫描装置的位置进行一定的调整，以使成像器件5接收到的工作位置与成像器件5上的标定位置对准。

本实用新型在三维扫描装置中预设了多个根据不同工作距8标定出的标定参数9，便于三维扫描装置在不同工作距8下可以快速进行三维测量工作，避免对不同工作距8下反复标定参数9带来的不便，提高了工作效率，将投影标志点与投影镜头6光学中心偏心设置，使得不同工作距8与标定参数9一一对应，同时设置多个标定位置，提高了三维扫描装置在使用过程中的可靠性，有效地保证了被观测物3体三维测量的准确性。

实施例一

如图1所示，本实施例所述的一种结构光三维扫描装置，包括投影系统1，配置为向被观测物3投射投影图像；所述投影系统1至少包括可投射投影图像的投影器件4，投影镜头6；成像系统2，配置为接收被观测物3反射的投影图像；所述成像系统2至少包括接收反射回的投影图像的成像器件5，成像镜头7；控制系统11，控制所述的投影系统1和成像系统2；所述控制系统11中包括至少两个标定参数9；在扫描装置的有效测量范围内,标定参数9与三维扫描装置的工作距8一一对应，本领域技术人员可以将投影系统1理解为可以投射视频图像和序列条纹图像的工业级光学投影模块，例如光学投影机或者其他本领技术人员常用在三维扫描中的投影设备，成像系统2可以理解为具备接收反射图像的装置，例如CCD摄像机或者其他本领技术人员常用在三维扫描中的摄像设备。

其中，所述控制系统11中的标定参数9为三维扫描装置工作距8确定后利用标准物体对三维扫描装置进行参数标定后生成的参数矩阵，在使用时，操作人员将三维扫描装置放置于距被观测物3体一定工作距8，投影系统1向被观测物3投射相应的投影图像，成像系统2 接收被观测物3反射回的投影图像，并采集其相对于成像系统2光学中心的位置后，传递工作距8至控制系统11中，控制系统11将预存的参数与之比较，选择对准的标定位置，并调取相应的标定参数9，进行三维扫描。改变工作距8后，在成像器件5上将工作位置与标定位置对准即可获得标定参数9。

实施例二

如图1所示，本实施例为上述实施例一的进一步限定，本实施例所述利用三维扫描装置工作距8进行的标定是连续的，所述连续的方式为标定位置在成像器件5上按像素连续分布，工作位置在成像器件5上任何位置上都有标定参数9与之对应，操作者可将相应的标定参数 9直接调用，进行三维扫描。

实施例三

如图1所示，本实施例为上述实施例一或实施例二任一所述实施例的进一步限定，本实施例所述利用三维扫描装置工作距8进行的标定是按该工作距8所对应的景深间隔或以一定规律或随机间隔的标定，这种标定方式，标定的位置在工作位置所在的成像器件5上以某一间距分布，工作位置在某些位置上有标定参数9与之对应。这样的设置使得操作者在进行三维扫描时，需将三维扫描装置进行移动，以使工作位置可以与标定位置相重合，即对齐，以便调用相应的标定参数9。

实施例四

如图1所示，本实施例为上述实施例一至实施例三任一所述实施例的进一步限定，本实施例所述投影系统1的投影光路与成像系统2的成像光路为平行光路设置,平行光路可以减小了整个装置的尺寸，提升了装置的便携性以及对不同环境的适应性。

具体来说，当三维扫描装置与被观测物3之间的工作距8发生变化时，用户可以通过调焦投影镜头6、成像镜头7使得工作位置在成像器件5中清晰成像，而投影系统1的投影光路与成像系统2的成像光路由于是平行设置，在调整过程中没有参数变化，增强了装置的测量稳定性。

实施例五

如图1所示，本实施例为上述实施例一至实施例四任一所述实施例的进一步限定，本实施例所述投影系统1与成像系统2之间的基距10为固定值，当三维扫描装置与被观测物3之间的工作距8发生变化时，用户可以通过调整投影镜头6使得投影图像在成像系统2中可以清晰地成像，而投影系统1与成像系统2之间的基距10保持不变，在调整过程中没有参数变化，增强了装置的测量稳定性。

实施例六

如图1所示，本实施例为上述实施例一至实施例七任一所述实施例的进一步限定，本实施例所述投影系统1与成像系统2之间的基距10大于投影图像在投影系统1像面的偏心距，这样设置便于将投影图像投射到投影系统1像面的一侧；而投影图像在成像系统2中的图像集中到成像器件5的另一侧，也使得三维扫描装置结构更紧凑。

实施例七

如图1所示，本实施例所述一种结构光三维扫描装置，包括投影系统1，配置为向被观测物3投射投影图像；所述投影系统1至少包括可投射投影标志点的投影器件4，投影镜头6；成像系统2，配置为接收被观测物3反射的投影图像；所述成像系统2至少包括接收反射回的投影图像形成的成像标志点的成像器件5，成像镜头7；控制系统11，控制所述的投影系统1和成像系统2；所述投影标志点与投影镜头6光学中心偏心设置；在成像器件5上，成像标志点相对于成像系统2光学中心的位置与三维扫描装置的工作距8一一对应，本领域技术人员可以将投影系统1理解为可以投射视频图像和序列条纹图像的工业级光学投影模块，例如光学投影机或者其他本领技术人员常用在三维扫描中的投影设备，成像系统2可以理解为具备接收反射图像的装置，例如CCD摄像机或者其他本领技术人员常用在三维扫描中的摄像设备。

其中，所述控制系统11中包括至少两个标定参数9；标定参数9，配置为在扫描装置的有效测量范围内，根据成像标志点相对于成像系统2光学中心的位置进行标定而生成的参数矩阵，在使用时，操作人员将三维扫描装置放置于距被观测物3体一定工作距8，投影系统1 向被观测物3投射相应的投影标志点图像，成像系统2接收被观测物3反射回的投影标志点图像即成像标志点，并采集其相对于成像系统2光学中心的位置后，传递至控制系统11中，控制系统11将预存的标定位置与之比较，选择对准的标定位置，并调取相应的标定参数9，进行三维扫描。改变工作距8后，在成像器件5上将工作位置与标定位置对准即可获得标定参数9。

实施例八

如图1所示，本实施例为上述实施例七的进一步限定，本实施例所述成像标志点相对于成像系统2光学中心的位置进行的标定是逐像素的，所述的逐像素标定的方式为标定位置在成像器件5上按像素连续分布，工作位置在成像器件5上任何位置上都有标定参数9与之对应，操作者可将相应的标定参数9直接调用，进行三维扫描。

实施例九

如图1所示，本实施例为上述实施例七或实施例八任一所述实施例的进一步限定，本实施例所述成像标志点相对于成像系统2光学中心的位置进行的标定是按该工作距8所对应的景深间隔或以一定规律或随机间隔的标定，这种标定方式，标定的位置在工作位置所在的成像器件5上以某一间距分布，工作位置在某些位置上有标定参数9与之对应。这样的设置使得操作者在进行三维扫描时，需将三维扫描装置进行移动，以使工作位置可以与标定位置相重合，即对齐，以便调用相应的标定参数9。

实施例十

如图1所示，本实施例为上述实施例七至实施例九任一所述实施例的进一步限定，本实施例所述投影系统1的投影光路与成像系统2的成像光路为平行光路设置,平行光路可以减小了整个装置的尺寸，提升了装置的便携性以及对不同环境的适应性。

具体来说，当三维扫描装置与被观测物3之间的工作距8发生变化时，用户可以通过调焦投影镜头6、成像镜头7使得工作位置在成像器件5中清晰成像，而投影系统1的投影光路与成像系统2的成像光路由于是平行设置，在调整过程中没有参数变化，增强了装置的测量稳定性。

实施例十一

如图1所示，本实施例为上述实施例七至实施例十任一所述实施例的进一步限定，本实施例所述投影系统1与成像系统2之间的基距10为固定值，当三维扫描装置与被观测物3之间的工作距8发生变化时，用户可以通过调整投影镜头6使得投影标志点在成像系统2中可以清晰地成像，而投影系统1与成像系统2之间的基距10保持不变，在调整过程中没有参数变化，增强了装置的测量稳定性。

实施例十二

如图1所示，本实施例为上述实施例七至实施例十一任一所述实施例的进一步限定，本实施例所述投影系统1与成像系统2之间的基距10大于投影标志点在投影系统1像面的偏心距，这样设置便于将投影标志点投射到投影系统1像面的一侧；而成像标志点成像集中到成像器件5的另一侧，也使得三维扫描装置结构更紧凑。

实施例十三

如图1所示，本实施例所述一种三维扫描装置的标定方法，包括如下步骤，

S1.将三维扫描装置放置于距被观测物3体一定工作距8处；

S2.投影器件4通过投影镜头6向被观测物3体投射标志点，成像器件5接收被观测物3 体反射回的成像标志点；

S3.获取成像标志点在成像器件5上相对于成像系统2光学中心形成的位置，对该位置进行标定；

S4.在控制系统11中获取步骤S3中标定的成像标志点的位置参数，进而形成标定参数9；

S5.改变三维扫描装置的工作距8，重复步骤S2-S4，获取多个成像标志点，进而获取与成像标志点相对应的多个标定参数9。

实施例十四

如图1所示，本实施例为上述实施例十三的进一步限定，本实施例所述投影标志点与投影镜头6光学中心偏心设置，在成像器件5上，成像标志点相对于成像系统2光学中心的位置与三维扫描装置的工作距8一一对应，本领域技术人员可以将投影系统1理解为可以投射视频图像和序列条纹图像的工业级光学投影模块，例如光学投影机或者其他本领技术人员常用在三维扫描中的投影设备，成像系统2可以理解为具备接收反射图像的装置，例如CCD摄像机或者其他本领技术人员常用在三维扫描中的摄像设备。

其中，所述控制系统11中包括至少两个标定参数9；标定参数9，配置为在扫描装置的有效测量范围内，根据成像标志点相对于成像系统2光学中心的位置进行标定而生成的参数矩阵，在使用时，操作人员将三维扫描装置放置于距被观测物3体一定工作距8，投影系统1 向被观测物3投射相应的投影标志点图像，成像系统2接收被观测物3反射回的投影标志点图像即成像标志点，并采集其相对于成像系统2光学中心的位置后，传递至控制系统11中，控制系统11将预存的标定位置与之比较，选择对准的标定位置，并调取相应的标定参数9，进行三维扫描。改变工作距8后，在成像器件5上将工作位置与标定位置对准即可获得标定参数9。

实施例十五

如图1所示，本实施例为上述实施例十三或实施例十四任一所述实施例的进一步限定，本实施例所述成像标志点相对于成像系统2光学中心的位置进行的标定是逐像素的，所述的逐像素标定的方式为标定位置在成像器件5上按像素连续分布，工作位置在成像器件5上任何位置上都有标定参数9与之对应，操作者可将相应的标定参数9直接调用，进行三维扫描。

实施例十六

如图1所示，本实施例为上述实施例十三至实施例十五任一所述实施例的进一步限定，本实施例所述成像标志点相对于成像系统2光学中心的位置进行的标定是按该工作距8所对应的景深间隔或以一定规律或随机间隔的标定。这种标定方式，标定的位置在工作位置所在的成像器件5上以某一间距分布，工作位置在某些位置上有标定参数9与之对应。这样的设置使得操作者在进行三维扫描时，需将三维扫描装置进行移动，以使工作位置可以与标定位置相重合，即对齐，以便调用相应的标定参数9。

实施例十七

如图1所示，本实施例为上述实施例十三至实施例十六任一所述实施例的进一步限定，本实施例所述三维扫描装置通过改变三维扫描装置与被观测物3的工作距8，实现控制系统 11中标定参数9的标定，进一步地，所述改变三维扫描装置与被观测物3的工作距8为改变所述三维扫描装置与被观测物3之间的距离，和\或，调整投影镜头6，和\或，成像镜头7 的焦距或倍数中任意一种或几种方式的组合实现工作距8的改变。

实施例十八

如图1所示，本实施例为上述实施例十三至实施例十七任一所述实施例的进一步限定，本实施例所述投影系统1的投影光路与成像系统2的成像光路为平行光路设置,平行光路可以减小了整个装置的尺寸，提升了装置的便携性以及对不同环境的适应性。

具体来说，当三维扫描装置与被观测物3之间的工作距8发生变化时，用户可以通过调焦投影镜头6、成像镜头7使得工作位置在成像器件5中清晰成像，而投影系统1的投影光路与成像系统2的成像光路由于是平行设置，在调整过程中没有参数变化，增强了装置的测量稳定性。

实施例十九

如图1所示，本实施例为上述实施例十三至实施例十八任一所述实施例的进一步限定，本实施例所述投影系统1与成像系统2之间的基距10为固定值，当三维扫描装置与被观测物3之间的工作距8发生变化时，用户可以通过调整投影镜头6使得投影标志点在成像系统2 中可以清晰地成像，而投影系统1与成像系统2之间的基距10保持不变，在调整过程中没有参数变化，增强了装置的测量稳定性。

实施例二十

如图1所示，本实施例为上述实施例十三至实施例十九任一所述实施例的进一步限定，本实施例所述投影系统1与成像系统2之间的基距10大于投影标志点在投影系统1像面的偏心距，这样设置便于将投影标志点投射到投影系统1像面的一侧；而成像标志点成像集中到成像器件5的另一侧，也使得三维扫描装置结构更紧凑。

实施例二十一

如图1所示，本实施例所述一种三维扫描装置的使用方法，包括如下步骤，

S1.将三维扫描装置放置于距被观测物3体一定工作距8处；

S2.投影器件4通过投影镜头6向被观测物3体投射标志点，成像器件5接收被观测物3 体反射回的成像标志点；

S3.获取成像标志点在成像器件5上相对于成像系统2光学中心形成的位置，对该位置进行标定；

S4.在控制系统11中获取步骤S3中标定的成像标志点的位置参数，进而形成标定参数9；

S5.调用控制系统11中标定位置处的标定参数9进行三维扫描。

此种方法是在标定参数9为满排列，即布满所对应的所有投影标志点在成像系统2光学中心的位置的方案中所使用的。

实施例二十二

如图1所示，本实施例为上述实施例二十一的进一步限定，本实施例所述投影标志点与投影镜头6光学中心偏心设置，在成像器件5上，成像标志点相对于成像系统2光学中心的位置与三维扫描装置的工作距8一一对应，本领域技术人员可以将投影系统1理解为可以投射视频图像和序列条纹图像的工业级光学投影模块，例如光学投影机或者其他本领技术人员常用在三维扫描中的投影设备，成像系统2可以理解为具备接收反射图像的装置，例如CCD 摄像机或者其他本领技术人员常用在三维扫描中的摄像设备。

其中，所述控制系统11中包括至少两个标定参数9；标定参数9，配置为在扫描装置的有效测量范围内，根据成像标志点相对于成像系统2光学中心的位置进行标定而生成的参数矩阵，在使用时，操作人员将三维扫描装置放置于距被观测物3体一定工作距8，投影系统1 向被观测物3投射相应的投影标志点图像，成像系统2接收被观测物3反射回的投影标志点图像即成像标志点，并采集其相对于成像系统2光学中心的位置后，传递至控制系统11中，控制系统11将预存的标定位置与之比较，选择对准的标定位置，并调取相应的标定参数9，进行三维扫描。改变工作距8后，在成像器件5上将工作位置与标定位置对准即可获得标定参数9。

实施例二十三

如图1所示，本实施例为上述实施例二十一或实施例二十二任一所述实施例的进一步限定，本实施例所述成像标志点相对于成像系统2光学中心的位置进行的标定是逐像素的，所述的逐像素标定的方式为标定位置在成像器件5上按像素连续分布，工作位置在成像器件5 上任何位置上都有标定参数9与之对应，操作者可将相应的标定参数9直接调用，进行三维扫描。

实施例二十四

如图1所示，本实施例为上述实施例二十一至实施例二十三任一所述实施例的进一步限定，本实施例所述三维扫描装置通过改变三维扫描装置与被观测物3的工作距8，实现控制系统11中标定参数9的标定，进一步地，所述改变三维扫描装置与被观测物3的工作距8为改变所述三维扫描装置与被观测物3之间的距离，和\或，调整投影镜头6，和\或，成像镜头7的焦距或倍数中任意一种或几种方式的组合实现工作距8的改变。

实施例二十五

如图1所示，本实施例为上述实施例二十一至实施例二十四任一所述实施例的进一步限定，本实施例所述投影系统1的投影光路与成像系统2的成像光路为平行光路设置,平行光路可以减小了整个装置的尺寸，提升了装置的便携性以及对不同环境的适应性。

具体来说，当三维扫描装置与被观测物3之间的工作距8发生变化时，用户可以通过调焦投影镜头6、成像镜头7使得工作位置在成像器件5中清晰成像，而投影系统1的投影光路与成像系统2的成像光路由于是平行设置，在调整过程中没有参数变化，增强了装置的测量稳定性。

实施例二十六

如图1所示，本实施例为上述实施例二十一至实施例二十五任一所述实施例的进一步限定，本实施例所述投影系统1与成像系统2之间的基距10为固定值，当三维扫描装置与被观测物3之间的工作距8发生变化时，用户可以通过调整投影镜头6使得投影标志点在成像系统2中可以清晰地成像，而投影系统1与成像系统2之间的基距10保持不变，在调整过程中没有参数变化，增强了装置的测量稳定性。

实施例二十七

如图1所示，本实施例为上述实施例二十一至实施例二十六任一所述实施例的进一步限定，本实施例所述投影系统1与成像系统2之间的基距10大于投影标志点在投影系统1像面的偏心距，这样设置便于将投影标志点投射到投影系统1像面的一侧；而成像标志点成像集中到成像器件5的另一侧，也使得三维扫描装置结构更紧凑。

实施例二十八

如图1所示，本实施例所述一种三维扫描装置的使用方法，包括如下步骤，

S1.将三维扫描装置放置于距被观测物3体一定工作距8处；

S2.投影器件4通过投影镜头6向被观测物3体投射标志点，成像器件5接收被观测物3 体反射回的成像标志点；

S3.获取成像标志点在成像器件5上相对于成像系统2光学中心形成的位置，对该位置进行标定；

S4.在控制系统11中获取步骤S3中标定的成像标志点的位置参数，进而形成标定参数9；

S5.将获取的工作位置和标定位置进行比较，调整三维扫描装置到被观测物3体的工作距 8，观察成像器件5接收到的成像标志点在成像器件5上的工作位置直到与成像器件5上的标定位置对准；

S6.调用控制系统11中标定位置处的标定参数9进行三维扫描。

此种方法是在选择部分点来进行标定参数9的设置的方案下使用的，此种方法需要对三维扫描装置的位置进行一定的调整，以使成像器件5接收到的标志点在成像器件5上相对于成像系统2光学中心的位置与控制系统11中的标定位置对准。

实施例二十九

如图1所示，本实施例为上述实施例二十八的进一步限定，本实施例所述投影标志点与投影镜头6光学中心偏心设置，在成像器件5上，成像标志点相对于成像系统2光学中心的位置与三维扫描装置的工作距8一一对应，本领域技术人员可以将投影系统1理解为可以投射视频图像和序列条纹图像的工业级光学投影模块，例如光学投影机或者其他本领技术人员常用在三维扫描中的投影设备，成像系统2可以理解为具备接收反射图像的装置，例如CCD 摄像机或者其他本领技术人员常用在三维扫描中的摄像设备。

其中，所述控制系统11中包括至少两个标定参数9；标定参数9，配置为在扫描装置的有效测量范围内，根据成像标志点相对于成像系统2光学中心的位置进行标定而生成的参数矩阵，在使用时，操作人员将三维扫描装置放置于距被观测物3体一定工作距8，投影系统1 向被观测物3投射相应的投影标志点图像，成像系统2接收被观测物3反射回的投影标志点图像即成像标志点，并采集其相对于成像系统2光学中心的位置后，传递至控制系统11中，控制系统11将预存的标定位置与之比较，选择对准的标定位置，并调取相应的标定参数9，进行三维扫描。改变工作距8后，在成像器件5上将工作位置与标定位置对准即可获得标定参数9。

实施例三十

如图1所示，本实施例为上述实施例二十八或实施例二十九任一所述实施例的进一步限定，本实施例所述成像标志点相对于成像系统2光学中心的位置进行的标定是按该工作距8 所对应的景深间隔或以一定规律或随机间隔的标定。这种标定方式，标定的位置在工作位置所在的成像器件5上以某一间距分布，工作位置在某些位置上有标定参数9与之对应。这样的设置使得操作者在进行三维扫描时，需将三维扫描装置进行移动，以使工作位置可以与标定位置相重合，即对齐，以便调用相应的标定参数9，进一步地，改变工作距8后，在成像器件5中，将成像标志点与标定对准即可获得标定参数9。

实施例三十一

如图1所示，本实施例为上述实施例二十八至实施例三十任一所述实施例的进一步限定，本实施例所述三维扫描装置通过改变三维扫描装置与被观测物3的工作距8，实现控制系统 11中标定参数9的标定，进一步地，所述改变三维扫描装置与被观测物3的工作距8为改变所述三维扫描装置与被观测物3之间的距离，和\或，调整投影镜头6，和\或，成像镜头7 的焦距或倍数中任意一种或几种方式的组合实现工作距8的改变。

实施例三十二

如图1所示，本实施例为上述实施例二十八至实施例三十一任一所述实施例的进一步限定，本实施例所述投影系统1的投影光路与成像系统2的成像光路为平行光路设置,平行光路可以减小了整个装置的尺寸，提升了装置的便携性以及对不同环境的适应性。

具体来说，当三维扫描装置与被观测物3之间的工作距8发生变化时，用户可以通过调焦投影镜头6、成像镜头7使得工作位置在成像器件5中清晰成像，而投影系统1的投影光路与成像系统2的成像光路由于是平行设置，在调整过程中没有参数变化，增强了装置的测量稳定性。

实施例三十三

如图1所示，本实施例为上述实施例二十八至实施例三十二任一所述实施例的进一步限定，本实施例所述投影系统1与成像系统2之间的基距10为固定值，当三维扫描装置与被观测物3之间的工作距8发生变化时，用户可以通过调整投影镜头6使得投影标志点在成像系统2中可以清晰地成像，而投影系统1与成像系统2之间的基距10保持不变，在调整过程中没有参数变化，增强了装置的测量稳定性。

实施例三十四

如图1所示，本实施例为上述实施例二十八至实施例三十三任一所述实施例的进一步限定，本实施例所述投影系统1与成像系统2之间的基距10大于投影标志点在投影系统1像面的偏心距，这样设置便于将投影标志点投射到投影系统1像面的一侧；而成像标志点成像集中到成像器件5的另一侧，也使得三维扫描装置结构更紧凑。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，实用新型方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。

除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型方案的范围内。

Claims (16)

1.一种结构光三维扫描装置，包括

投影系统(1)，配置为向被观测物(3)投射投影图像；

所述投影系统(1)至少包括可投射投影图像的投影器件(4)，投影镜头(6)；

成像系统(2)，配置为接收被观测物(3)反射的投影图像；

所述成像系统(2)至少包括接收反射回的投影图像的成像器件(5)，成像镜头(7)；

控制系统(11)，控制所述的投影系统(1)和成像系统(2)；

其特征在于：所述

控制系统(11)中包括至少两个标定参数(9)；

在扫描装置的有效测量范围内,标定参数(9)与三维扫描装置的工作距(8)一一对应。

2.根据权利要求1所述的一种结构光三维扫描装置，其特征在于：所述控制系统(11)中的标定参数(9)为三维扫描装置工作距(8)确定后利用标准物体对三维扫描装置进行参数标定后生成的参数矩阵。

3.根据权利要求1所述的一种结构光三维扫描装置，其特征在于：所述利用三维扫描装置工作距(8)进行的标定是连续的。

4.根据权利要求1所述的一种结构光三维扫描装置，其特征在于：所述利用三维扫描装置工作距(8)进行的标定是按该工作距(8)所对应的景深间隔或以一定规律或随机间隔的标定。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种结构光三维扫描装置，其特征在于：所述投影系统(1)的投影光路与成像系统(2)的成像光路为平行光路设置。

6.根据权利要求5所述的一种结构光三维扫描装置，其特征在于：所述投影系统(1)与成像系统(2)之间的基距(10)为固定值。

7.根据权利要求6所述的一种结构光三维扫描装置，其特征在于：所述投影系统(1)与成像系统(2)之间的基距(10)大于投影标志点在投影系统(1)像面的偏心距。

8.一种结构光三维扫描装置，包括

投影系统(1)，配置为向被观测物(3)投射投影图像；

所述投影系统(1)至少包括可投射投影标志点的投影器件(4)，投影镜头(6)；

成像系统(2)，配置为接收被观测物(3)反射的投影图像；

所述成像系统(2)至少包括接收反射回的投影图像形成的成像标志点的成像器件(5)，成像镜头(7)；

控制系统(11)，控制所述的投影系统(1)和成像系统(2)；

其特征在于：所述

投影标志点与投影镜头(6)光学中心偏心设置；

在成像器件(5)上，成像标志点相对于成像系统(2)光学中心的位置与三维扫描装置的工作距(8)一一对应。

9.根据权利要求8所述的一种结构光三维扫描装置，其特征在于：所述

控制系统(11)中包括至少两个标定参数(9)；

标定参数(9)，配置为在扫描装置的有效测量范围内，根据成像标志点相对于成像系统(2)光学中心的位置进行标定而生成的参数矩阵。

10.根据权利要求8所述的一种结构光三维扫描装置，其特征在于：所述成像标志点相对于成像系统(2)光学中心的位置进行的标定是逐像素的。

11.根据权利要求8所述的一种结构光三维扫描装置，其特征在于：所述成像标志点相对于成像系统(2)光学中心的位置进行的标定是按该工作距(8)所对应的景深间隔或以一定规律或随机间隔的标定。

12.根据权利要求9所述的一种结构光三维扫描装置，其特征在于：所述三维扫描装置通过改变三维扫描装置与被观测物(3)的工作距(8)，实现控制系统(11)中标定参数(9)的标定。

13.根据权利要求12所述的一种结构光三维扫描装置，其特征在于：所述改变三维扫描装置与被观测物(3)的工作距(8)为改变所述三维扫描装置与被观测物(3)之间的距离的方式实现工作距(8)的改变。

14.根据权利要求8-13任一所述的一种结构光三维扫描装置，其特征在于：所述投影系统(1)的投影光路与成像系统(2)的成像光路为平行光路设置。

15.根据权利要求14所述的一种结构光三维扫描装置，其特征在于：所述投影系统(1)与成像系统(2)之间的基距(10)为固定值。

16.根据权利要求14所述的一种结构光三维扫描装置，其特征在于：所述投影系统(1)与成像系统(2)之间的基距(10)大于投影标志点在投影系统(1)像面的偏心距。