CN210952698U - 一种弯折型采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种弯折型采集装置，其特征在于：包括壳体，壳体包括靠近腔体的部分和远离腔体的部分，且靠近腔体的部分相对于远离腔体的部分弯折形成头部；壳体靠近腔体的部分具有入光口；壳体远离腔体的部分具有手持部；壳体内部包括光偏折装置，和图像采集装置；其中光偏折装置包括多个阵列排布的光偏折单元。通过弯折的设计，可以使得装置伸入腔体被遮挡的部分，采集信息更加完整。

Description

一种弯折型采集装置

技术领域

本实用新型涉及物体扫描测量技术领域，特别涉及利用图像进行目标物采集和长度等几何尺寸测量技术领域。

背景技术

目前对于腔体内部情况的探查和测量具有较大困难。首先腔体内空间狭窄，常规激光扫描仪体积较大，对于较小的腔体，无法进入。而利用超声、核辐射、电磁波等方式的采集可以获得腔体的三维形貌，但无法反映腔体内部纹理、色彩特征，所得到的图像与人眼真实看到的图像具有较大差距。而传统视觉方式虽然可以获得腔体内部的纹理色彩信息，但无法获得形貌信息。如果利用上述方法结合，同时获得形貌和纹理信息，将会导致系统结构复杂，不适用于小空间的腔体。另外，腔体内情况复杂，往往并不是光滑的内壁，可能会有遮挡，传统直形的扫描装置难以获得完整清晰的图像。

因此，目前急需解决以下技术问题：能够同时获得腔体内壁三维形貌和图像纹理信息；能够适应复杂结构环境；高效同时高精度采集。

实用新型内容

鉴于上述问题，提出了本实用新型以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的设备。

本实用新型提供了一种弯折型采集装置，包括：

壳体，壳体包括靠近腔体的部分和远离腔体的部分，且靠近腔体的部分相对于远离腔体的部分弯折形成头部；

壳体靠近腔体的部分具有入光口；

壳体远离腔体的部分具有手持部；

壳体内部包括光偏折装置，和图像采集装置；其中光偏折装置包括多个阵列排布的光偏折单元。

可选的，至少三个光偏折单元的视场范围有重叠区域。

可选的，光偏折装置为反射结构、透射结构和/或它们的组合。

可选的，光偏折装置为数字微反射镜阵列、液晶阵列、微透镜阵列、或光栅阵列。

可选的，入光口包括第一光束整形单元。

可选的，光偏折装置和图像采集单元之间具有第二光束整形单元。

可选的，所述弯折角度大于60°。

可选的，手持部与头部为柔性连接、固定连接、可拆卸连接、可滑动连接或一体成型。

可选的，还包括数据传输装置。

可选的，所述入光口沿弯折方向长度为0.5-2cm；沿与弯折方向垂直的方向的长度为0.5-3cm。

可选的，所述入光口附近设置光源。

发明点及技术效果：

1、通过弯折的设计，可以使得装置伸入腔体被遮挡的部分，采集信息更加完整。

2、通过阵列式光线弯折装置，可以获得目标多个角度的图像，从而同时获得形貌和纹理信息。

3、通过设置至少三个光偏折单元的视场范围有重叠区域，保证了采集信息的全面，同时兼顾了采集效率。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的一种弯折型采集装置的内部结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种弯折型采集装置的外部结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种弯折型采集装置的截面示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种弯折型采集装置的原理图；

附图中各部件与附图标记的对应关系如下：

1头部，2手持部，3入光口，4光源，5凹凸防滑结构，6光偏折装置，7图像采集装置。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为解决上述技术问题，本实用新型的一实施例提供了一种弯折型采集装置。请参考图1-图4，具体包括：本体，本体包括头部1，和手持部2。

头部1具有入光口3，入光口3可以为具有透明材料的孔，也可以为能够对光束进行整形的光学系统。例如透镜组、微透镜阵列、菲涅尔折射系统等。入光口3沿弯折方向长度为0.5-2cm；沿与弯折方向垂直的方向的长度为0.5-3cm，从而在保证采集信息全面的基础上，尽量缩小头部1尺寸，更有利于伸入小空间的腔体中。

入光口3周围设置有多个光源4。光源4为LED灯珠，但也可以设置智能光源，例如可以根据需要选择不同的光源亮度、亮灭等。光源4用来照亮腔体内部，防止腔体内部过暗影响采集效果和精度。但同时也要防止光源过亮，导致腔体内部纹理信息损失。光源4也可以设置在头部1其他位置，以照亮待扫描部分为准。

手持部2具有便于握紧的凹凸防滑结构5。同时具有开关。通过开关可以控制采集装置的开启和关闭。同时，手持部2并不限于手持，也可以与其他机械结构连接，构成完整设备。

头部1相对于手持部2弯折。弯折角度可以为大于等于60°，例如可以为90°、120°、150°等。具体弯折角度可以根据腔体内实际情况设置。例如腔体为非直线型，而是带有一定弯度的，那么可以根据腔体弯度来设置弯折角度。特别是，如果腔体具有凸起(如图4所示)，腔体内的凸起内侧常规情况下很难得到，可以设置一定弯折角度的本体，使得头部1能够向凸起内侧弯折，使得内侧部信息进入入光口3。

除了固定连接或一体成型外，头部1和手持部2可拆卸连接，方便更换不同的头部1和手持部2的组合。同时，两者可以相互滑动连接，及两者位置可以微调，方便适应不同的腔体环境。另外，手持部2和头部1之间可以具有柔性连接，从而可以自由弯折不同的角度。例如可以采用铰链连接、橡胶结构、转轴连接等。

采集装置本体的壳体内具有光偏折装置6和图像采集装置7。其中光偏折装置6包括多个阵列排布的光偏折单元。光偏折装置6为反射结构、透射结构和/或它们的组合。例如光偏折装置6为数字微反射镜阵列、液晶阵列、微透镜阵列、或光栅阵列。这些阵列尺寸较小，能够极大地缩小头部1尺寸，从而使得头部1伸入空间较小的腔体中成为可能。如果使用常规的多相机或相机旋转的方式，体积较大，不适合小腔体环境。光偏折装置6中不同的光偏折单元将物体不同角度的光线偏折到图像采集装置7中不同的采集单元中，如图4，从而获得多个角度的物体图像。对于能够控制偏折方向的装置而言，可以控制光偏折单元在不同时刻偏折不同方向光线，从而获得目标物更多的信息，这样更有利于高精度的采集。不能主动控制偏折方向的装置而言，在设置时需要设置偏折单元的位置和方向，保证目标物不同方向的图像能够被不同偏折单元偏折至不同的图像采集单元中。特别是，无论哪种方式，光偏折装置6中至少三个光偏折单元的视场范围有重叠区域，从而保证采集的信息具有一定的重叠度，可以兼顾采集效率和精度。对于不同方向的图像，可以采用常规的三维合成算法合成三维模型，从而获得目标物三维信息。例如ICP匹配算法。当然，本装置也可以只作为二维图像采集使用。虽然图中将光偏折装置6与入光口3分离开设置，但可以理解，两者也可以紧密连接，甚至直接将光偏折装，6设置在入光口3上。

图像采集装置7可以设置在头部1内，也可以设置在手持部2内，或两者相互连接的外壳内。可以根据实际光路需要进行设置。如果图像采集装置7和光偏折装置6均设置在头部1内。那么头部1和手持部2可以设置成可分离的连接关系。但由于头部1空间有限，数据处理、传输、电源等模块可以设置在手持部2中。在这种情况下，头部1和手持部2还保持电连接。可以理解，虽然这里描述了一个图像采集装置7，但可以根据需要设置多个，只要保证不同方向的图像都能够清晰完整地采集即可。当然也可以设置一个图像采集装置7，而将其不同的单元区域与不同的光偏折装置6对应。这需要图像采集装置的分辨率足够高。

为了获得高质量的图像效果，光偏折装置6和图像采集装置7中应当设置光学系统，对光束进行整形，防止像差、畸变等。通常可以采用透镜组、光阑的光学装置进行图像校正。

壳体内还包括数据传输装置，将图像采集装置7采集到的图像及时发送至上位机、网络或云平台。传输装置可以为有线装置，例如光口、网口、串口、USB接口等。上述接口可以设置在手持部2上，通过光纤、电线、网线等固体媒介传输。传输装置也可以为无线装置，例如wifi、蜂窝网络、4G、5G、蓝牙等。传输装置此时可以设置在手持部2内也可以设置在头部1内，通过无线网络传输。

在使用时，可用手握手持部2，将头部1靠近并伸入腔体中，入光口3对准腔体内待采集的部位，打开开关，待采集区域多个角度的图像就被采集装置采集到。此时移动头部1，采集另一区域的多个角度的图像。在某些情况下，为了保证采集信息足够，可以使得头部1在待采集部位反复移动，多次采集图像，保证图像冗余度。

对于内部结构复杂的腔体，在采集前，可以根据需要将头部1与手持部2弯折不同的角度。同时，该弯折型采集装置还可以用于非腔体，只要入光口3能够对准目标物即可。

上述目标物体、目标物、及物体皆表示预获取三维信息的对象。可以为一实体物体，也可以为多个物体组成物。例如可以为口腔、牙齿、鼻腔、耳道等人体腔体，也可以为机器管道等刚体管道。所述目标物的三维信息包括三维图像、三维点云、三维网格、局部三维特征、三维尺寸及一切带有目标物三维特征的参数。本实用新型里所谓的三维是指具有XYZ三个方向信息，特别是具有深度信息，与只有二维平面信息具有本质区别。也与一些称为三维、全景、全息、三维，但实际上只包括二维信息，特别是不包括深度信息的定义有本质区别。

本实用新型所说的采集区域是指图像采集装置7(例如相机)能够拍摄的范围。本实用新型中的图像采集装置7可以为CCD、CMOS、相机、摄像机、工业相机、监视器、摄像头、手机、平板、笔记本、移动终端、可穿戴设备、智能眼镜、智能手表、智能手环以及带有图像采集功能所有设备。

以上实施例获得的目标物多个区域的三维信息可以用于进行比对，例如用于身份的识别。首先利用本实用新型的方案获取人体牙齿的三维信息，并将其存储在服务器中，作为标准数据。当使用时，例如需要进行身份认证进行支付、开门等操作时，可以用三维获取装置再次采集并获取人体牙齿的三维信息，将其与标准数据进行比对，比对成功则允许进行下一步动作。可以理解，这种比对也可以用于古董、艺术品等固定财产的鉴别，即先获取古董、艺术品多个区域的三维信息作为标准数据，在需要鉴定时，再次获取多个区域的三维信息，并与标准数据进行比对，鉴别真伪。以上实施例获得的目标物多个区域的三维信息可以用于为该目标物设计、生产、制造配套物。例如，获得人体口腔、牙齿三维数据，可以为人体设计、制造更为合适的假牙。以上实施例获得的目标物的三维信息也可以用于对该目标物的几何尺寸、外形轮廓进行测量。

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发明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。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。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。

本实用新型的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本实用新型实施例的基于本实用新型装置中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本实用新型还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本实用新型的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

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。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。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。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (11)

1.一种弯折型采集装置，其特征在于：包括

壳体，壳体包括靠近腔体的部分和远离腔体的部分，且靠近腔体的部分相对于远离腔体的部分弯折形成头部；

壳体靠近腔体的部分具有入光口；

壳体远离腔体的部分具有手持部；

壳体内部包括光偏折装置，和图像采集装置；其中光偏折装置包括多个阵列排布的光偏折单元。

2.如权利要求1所述的弯折型采集装置，其特征在于：至少三个光偏折单元的视场范围有重叠区域。

3.如权利要求1或2所述的弯折型采集装置，其特征在于：光偏折装置为反射结构、透射结构和/或它们的组合。

4.如权利要求3所述的弯折型采集装置，其特征在于：光偏折装置为数字微反射镜阵列、液晶阵列、微透镜阵列、或光栅阵列。

5.如权利要求1或2所述的弯折型采集装置，其特征在于：入光口包括第一光束整形单元。

6.如权利要求1或2所述的弯折型采集装置，其特征在于：光偏折装置和图像采集单元之间具有第二光束整形单元。

7.如权利要求1或2所述的弯折型采集装置，其特征在于：所述弯折角度大于60°。

8.如权利要求1或2所述的弯折型采集装置，其特征在于：手持部与头部为柔性连接、固定连接、可拆卸连接、可滑动连接或一体成型。

9.如权利要求1或2所述的弯折型采集装置，其特征在于：还包括数据传输装置。

10.如权利要求1或2所述的弯折型采集装置，其特征在于：所述入光口沿弯折方向长度为0.5-2cm；沿与弯折方向垂直的方向的长度为0.5-3cm。

11.如权利要求1或2所述的弯折型采集装置，其特征在于：所述入光口附近设置光源。

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