CN210983513U - 三维建模图像采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种三维建模图像采集装置，包括：外壳和底板；投影仪，安装于所述底板，用于给目标物体表面投影结构光；第一相机和第二相机，安装于所述底板，用于拍摄结构光图像，以获取所述目标物体表面的数据，计算所述目标物体的位置和深度信息；其中，所述投影仪、所述第一相机和所述第二相机均集成在所述外壳内部。所述三维建模图像采集装置图像采集速度快、结构简单轻便、适用范围广、稳定性高、成本低。

Description

三维建模图像采集装置

技术领域

本实用新型涉及三维信息技术领域，更具体的说，特别涉及一种三维建模图像采集装置。

背景技术

通常，单相机拍摄出来的图片都为二维图像，无法获取物体的立体结构及相关尺寸，只能通过计算获取物体的二维信息，从而限制了以相机来替代人类双眼的设想，导致各个行业未能真正意义上的解放人的双眼。

目前，三维建模的图像采集主要通过激光传感器实现，利用机械臂夹持激光传感器，对物体进行扫描，从而得到图像进行三维重构。但是，这种装置不仅成本高、体积大，而且图像采集速度缓慢。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种三维建模图像采集装置，使得三维重构的图像采集过程更加高效、简单、低成本。

为了解决以上提出的技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种三维建模图像采集装置，其特征在于，包括：

外壳和底板；

投影仪，安装于所述底板，用于给目标物体表面投影结构光；

第一相机和第二相机，安装于所述底板，用于拍摄结构光图像，以获取所述目标物体表面的数据，计算所述目标物体的位置和深度信息；

其中，所述投影仪、所述第一相机和所述第二相机均集成在所述外壳内部。

可选的，所述第一相机和所述第二相机分别由第一支撑件、第二支撑件定位在所述底板上，再以螺丝紧固。

可选的，所述投影仪由第三支撑件、第四支撑件、第五支撑件贴合安装在所述底板上。

可选的，所述投影仪的出风口与所述第一相机、第二相机之间由挡风板隔开。

可选的，所述第一支撑件和所述第二支撑件上设计有U型孔，以使所述第一相机、第二相机可以调节角度。

可选的，所述第一相机对应的第一相机透镜、所述第二相机对应的第二相机透镜及所述投影仪对应的第三透镜均为平面镜，且所述第一相机透镜和所述第二相机透镜分别与所述第一相机、所述第二相机的光轴相互垂直，所述第三透镜与所述投影仪的光轴相互垂直。

可选的，所述外壳上包括投影窗口、第一相机窗口、第二相机窗口，设置在所述外壳的同一侧。

可选的，所述外壳上还包括入风口和出风口，分别设置在所述外壳上相对的两侧，所述出风口处设置有多个小型散热风扇，所述入风口和所述出风口均有防尘棉。

可选的，所述三维建模图像采集装置的外接端口包括两个外置网线端口、一个AGV端口、一个COM端口和一个备用开口，均设置在所述外壳的同一侧。

可选的，所述第一相机的第一视场、所述第二相机的第二视场和所述投影仪的投影区域之间的共同区域为所述第一相机和所述第二相机的最大共同视场，所述最大共同视场为所述三维建模图像采集装置的图像有效采集区域。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型提供的上述三维建模图像采集装置采用一个投影设备与两个工业相机组合的方式，通过投影设备给目标物体表面投影结构光，同时通过工业相机拍摄结构光图像，为三维重构提供精准的数据源，进而复原整个三维空间，图像采集速度快、结构简单轻便、适用范围广。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的三维建模图像采集装置的外部结构示意图。

图2为图1中所述三维建模图像采集装置的外部结构的前视图。

图3为图1中所述三维建模图像采集装置的外部结构的俯视图。

图4为图1中所述三维建模图像采集装置的外部结构的仰视图。

图5为图1中所述三维建模图像采集装置的外部结构的侧视图。

图6为本实用新型一实施例的所述三维建模图像采集装置的内部结构示意图。

图7为图6中所述三维建模图像采集装置的内部结构的前视图。

图8为图6中所述三维建模图像采集装置的内部结构的侧视图。

图9为图6中所述三维建模图像采集装置的内部结构的仰视图。

图10为本实用新型一实施例的相机的透镜安装形式示意图。

图11为本实用新型一实施例的投影仪的透镜安装形式示意图。

图12为本实用新型一实施例的所述三维建模图像采集装置的外接端口示意图。

图13为本实用新型一实施例的所述三维建模图像采集装置的散热系统示意图。

图14为本实用新型一实施例的所述三维建模图像采集装置的剖视图。

图15为本实用新型一实施例的所述三维建模图像采集装置的图像采集区域示意图。

附图标记说明：

1-三维建模图像采集装置、11-外壳、12-底板、111-投影窗口、112-第一相机窗口、113-第二相机窗口、114-入风口、115-出风口、121-第一加强筋、122-第二加强筋、123-第三加强筋、21-投影仪、22-第一相机、23-第二相机、220-第一支撑件、230-第二支撑件、210-第三支撑件、211-第四支撑件、212-第五支撑件、213-挡风板、221-第一相机透镜、231-第二相机透镜、222-U型孔、214-第三透镜、31-第一网线端口、32-第二网线端口、33-AGV端口、34-COM端口、35-备用开口、36-电源接头、37-电源开关、38-线支撑架、41-投影区域、42-第一视场、43-第二视场、44-最大共同视场

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

本实用新型提出的三维建模图像采集装置采用一个投影设备与两个工业相机组合的方式，通过投影设备给物体表面投影3D正弦结构光，同时通过工业相机采集用于三维点云生成的结构光图像，获取物体表面的数据，根据物体造成的光信号的变化来计算物体的位置和深度等信息，从而为三维重构提供精准的数据源，进而复原整个三维空间。

参阅图1所示，为本实用新型一实施例的三维建模图像采集装置的外部结构示意图；参阅图2-5所示，分别为图1中所述三维建模图像采集装置的外部结构的前视图、俯视图、仰视图、侧视图。结合图1-5所示，三维建模图像采集装置1外部包括外壳11和底板12。其中，外壳11上设计有投影窗口111、第一相机窗口112、第二相机窗口113、入风口114、出风口115。投影窗口111、第一相机窗口112、第二相机窗口113均设置在外壳11的同一侧(例如前侧)。另外外壳11上还包括各个接线口、螺丝安装孔等。上述外壳11的设计在满足硬件工作环境的同时，又使得装置安装方便，结构简约大方。

参阅图6所示，为本实用新型一实施例的所述三维建模图像采集装置的内部结构示意图；参阅图7-9所示，分别为图6中所述三维建模图像采集装置的内部结构的前视图、侧视图、仰视图。结合图6-9所示，三维建模图像采集装置1内部包括投影仪21、第一相机22、第二相机23，均安装于底板12。在本实施例中，三维点云获取主要依靠投影仪21投影结构光以及第一相机22、第二相机23拍摄投影图片计算得来。投影仪21通过投影窗口111给目标物体表面投影3D正弦结构光，第一相机22和第二相机23分别通过第一相机窗口112和第二相机窗口113拍摄结构光图像，以获取目标物体表面的数据，根据目标物体造成的光信号的变化来计算目标物体的位置和深度等信息，从而为三维重构提供精准的数据源。

第一相机22和第二相机23分别由第一支撑件220、第二支撑件230定位在底板12上，再以螺丝紧固以修改其光轴角度。两者角度必须提前计算实验获取，以降低结构的复杂性，使得结构易于安装并且可靠。投影仪21由第三支撑件210、第四支撑件211、第五支撑件212贴合安装在底板12上，以固定其光轴角度。投影仪21的出风口与第一相机22、第二相机23之间由挡风板213隔开，避免投影仪21的热气流对第一相机22、第二相机23的影响。底板12安装有第一加强筋121、第二加强筋122、第三加强筋123来对整体结构加固，使装置不易形变，拥有较高的物理韧性。投影仪21、第一相机22和第二相机23等设备均集成在外壳11内，避免设备直接暴露在恶劣的工作环境下，增加设备稳定性，延迟设备使用寿命。

参阅图10所示，为本实用新型一实施例的所述相机的透镜安装形式示意图。第一相机22、第二相机23分别对应第一相机透镜221、第二相机透镜231。第一相机透镜221和第二相机透镜231分别安装在外壳11的第一相机窗口112和第二相机窗口113上。在本实施例中，第一相机透镜221和第二相机透镜231为偏薄切透明的平面镜制成。第一相机透镜221和第二相机透镜231的安装需保证分别与第一相机22、第二相机23的光轴相互垂直，这样可以防止因为光的折射引起的相机成像的畸变，有效的使光折射造成的影响达到最小、可控，不影响设备的正常使用，保证计算分析时使用的图像都是最为真实、有效、精准的。第一相机22的第一支撑件220和第二相机23的第二支撑件230上设计有U型孔222，使第一相机22、第二相机23可以调节角度，提高现场容错率。

参阅图11所示，为本实用新型一实施例的所述投影仪的透镜安装形式示意图。投影仪21对应第三透镜214，第三透镜214安装在外壳11的投影窗口111上。在本实施例中，第三透镜214为偏薄切透明的平面镜制成。第三透镜214的安装需保证与投影仪21的光轴相互垂直，这样可以防止因为光的折射引起的投影仪21投射出的图像产生重影、光强度不够等影响。

参阅图12所示，为本实用新型一实施例的所述三维建模图像采集装置的外接端口示意图。三维建模图像采集装置1的外接端口包括两个外置网线端口(第一网线端口31、第二网线端口32)，一个AGV端口33，一个COM端口34，一个备用开口35。其中，备用开口35没有使用时处于关闭状态。另外，还设置有一个电源接头36及电源开关37，另外设计有线支撑架38，避免接线因为过度对折而损坏。在本实施例中，上述外接端口和其他接线元件均设置在三维建模图像采集装置1的外壳11的同一侧(例如后侧)。硬件出发接线则在三维建模图像采集装置1的内部实现。这样的设计使得外部接线集中，以美化具体实施时装置的外部走线。本装置的外接端口均采用密封硅胶保护，杜绝灰尘等小颗粒物质影响内部设备正常使用，保证内部设备在优质环境下稳定运行。

参阅图13所示，为本实用新型一实施例的所述三维建模图像采集装置的散热系统示意图。三维建模图像采集装置1因为连续工作时间较长，内部硬件主要发热源是投影仪21，所以只需考虑投影仪21的散热问题。因此，外壳11上设计有带防尘棉的入风口114、出风口115。在本实施例中，入风口114、出风口115分别设置在外壳11上相对的两侧(例如左右两侧)。出风口115处设计有多个小型散热风扇向外排风(例如三个12V的小风扇)，可以高效的进行空气流动，增大空气流动速度，快速带走装置散发出的热量，使装置内温度稳定保持在正常工作温度下。入风口114和出风口115均设计有防尘棉/防尘网，在外界空气进入装置内部时，过滤出空气中的灰尘等小颗粒有害物质，从而在完成装置内的散热工作的同时，保证内部设备的运行环境优良。

参阅图14所示，为本实用新型一实施例的所述三维建模图像采集装置的剖视图。如图所示，展示了三维建模图像采集装置1内部的设计部署，结构紧凑，稳定。

参阅图15所示，为本实用新型一实施例的所述三维建模图像采集装置的图像采集区域示意图。在同一水平面上，分别是第一相机22的第一视场42和第二相机23的第二视场43以及投影仪21的投影区域41。当第一相机22和第二相机23的光轴成某一角度时，会产生一个共同视场。当投影区域41大于所述共同视场时，第一视场42、第二视场43和投影区域41之间的共同区域为两个相机的最大共同视场44，所述最大共同视场44即为三维建模图像采集装置1的图像有效采集区域。

本装置通过计算投影仪21、第一相机22和第二相机23在某一距离的最大共同视场44作为识别区域(图像有效采集区域)，图像采集速度快、效率高。其中，投影仪21为固定光路，第一相机22和第二相机23的光路均可调节。所以，根据不同物体、不同环境，可针对性的调整相机角度，来配合现场做出调整，增加装置的容错能力和适应能力。

综合上述，本实用新型提出的三维建模图像采集装置1图像采集速度快、结构简单轻便、适用范围广、稳定性高、成本低。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三维建模图像采集装置，其特征在于，包括：

外壳和底板；

投影仪，安装于所述底板，用于给目标物体表面投影结构光；

第一相机和第二相机，安装于所述底板，用于拍摄结构光图像，以获取所述目标物体表面的数据，计算所述目标物体的位置和深度信息；

其中，所述投影仪、所述第一相机和所述第二相机均集成在所述外壳内部。

2.如权利要求1所述的三维建模图像采集装置，其特征在于，所述第一相机和所述第二相机分别由第一支撑件、第二支撑件定位在所述底板上，再以螺丝紧固。

3.如权利要求1所述的三维建模图像采集装置，其特征在于，所述投影仪由第三支撑件、第四支撑件、第五支撑件贴合安装在所述底板上。

4.如权利要求1-3任一项所述的三维建模图像采集装置，其特征在于，所述投影仪的出风口与所述第一相机、第二相机之间由挡风板隔开。

5.如权利要求2所述的三维建模图像采集装置，其特征在于，所述第一支撑件和所述第二支撑件上设计有U型孔，以使所述第一相机、第二相机可以调节角度。

6.如权利要求1所述的三维建模图像采集装置，其特征在于，所述第一相机对应的第一相机透镜、所述第二相机对应的第二相机透镜及所述投影仪对应的第三透镜均为平面镜，且所述第一相机透镜和所述第二相机透镜分别与所述第一相机、所述第二相机的光轴相互垂直，所述第三透镜与所述投影仪的光轴相互垂直。

7.如权利要求1所述的三维建模图像采集装置，其特征在于，所述外壳上包括投影窗口、第一相机窗口、第二相机窗口，设置在所述外壳的同一侧。

8.如权利要求7所述的三维建模图像采集装置，其特征在于，所述外壳上还包括入风口和出风口，分别设置在所述外壳上相对的两侧，所述出风口处设置有多个小型散热风扇，所述入风口和所述出风口均有防尘棉。

9.如权利要求1、7、8任一项所述的三维建模图像采集装置，其特征在于，所述三维建模图像采集装置的外接端口包括两个外置网线端口、一个AGV端口、一个COM端口和一个备用开口，均设置在所述外壳的同一侧。

10.如权利要求1所述的三维建模图像采集装置，其特征在于，所述第一相机的第一视场、所述第二相机的第二视场和所述投影仪的投影区域之间的共同区域为所述第一相机和所述第二相机的最大共同视场，所述最大共同视场为所述三维建模图像采集装置的图像有效采集区域。

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