CN219829786U - 三维扫描仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型请求保护的三维扫描仪，包括机架、激光器和两个相机，两个相机和激光器均安装于机架上，两个相机布设于所述激光器的两侧；其中，两个相机之间的基线距离设定为S，且，100毫米≤S≤300毫米，两个相机的光轴延长线相交并形成有夹角α，且，15度≤α≤35度。本实用新型通过将两个所述相机之间的基线距离范围设定在100毫米与300毫米，两个相机的光轴延长线相交形成的夹角α设定在15度与35度，这样可使该三维扫描仪既可以保证双目相机的视野范围，又可以保证三维扫描仪的扫描精度。

Description

三维扫描仪

技术领域

本实用新型属于三维扫描相关的技术领域，特别是涉及一种三维扫描仪。

背景技术

三维扫描仪，是一种科学仪器，用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状(几何构造)与外观数据(如颜色、表面反照率等性质)，且由三维扫描仪搜集到的数据通常被用来进行三维重建计算，在虚拟世界中创建实际物体的数字模型。

其中，三维扫描仪通常包括两个相机，两个相机之间的基线距离和光轴夹角参数决定扫描仪的扫描范围和扫描精度，例如，基线距离过长则产品尺寸较大、不便手持，且公共视野较小而导致存在较多的扫描死角，基线距离过短则会影响扫描细节和精度，如何设计一种既保证扫描范围又保证扫描精度的手持式三维激光扫描仪成为亟待解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，有必要提供一种用于解决上述技术问题的三维扫描仪。

一种三维扫描仪，包括机架、激光器和两个相机，两个所述相机和所述激光器均安装于所述机架上，两个所述相机布设于所述激光器的两侧；

其中，两个所述相机之间的基线距离设定为S，且，100毫米≤S≤300毫米，两个所述相机的光轴延长线相交并形成有夹角α，且，15度≤α≤35度。

在本申请中，将两个所述相机之间的基线距离范围设定在100毫米与300毫米，两个相机的光轴延长线相交形成的夹角α设定在15度与35度，这样可使该三维扫描仪既可以保证双目相机的视野范围，又可以保证三维扫描仪的扫描精度。

在其中一个实施例中，其中，100毫米≤S≤130毫米，且，15度≤α≤20度。

可以理解的是，将两个相机之间的基线距离范围设定在100毫米与130毫米，两个相机的光轴延长线相交形成的夹角α设定在15度与20度，以适用于更小规格的三维扫描仪。

在其中一个实施例中，其中一个所述相机的光轴形成有光轴上垂面，另一个所述相机的光轴形成有光轴下垂面，两个所述相机的光轴在所述机架位置的连线，分别与所述光轴上垂面和所述光轴下垂面垂直；

其中，所述激光器工作时发射的激光光束设置于所述光轴上垂面与所述光轴下垂面合围形成有的空间区域内。

可以理解的是，通过上述的结构设置，这样具体实现对激光器工作时的激光光束的覆盖区域进行限制，并对激光器工作时所能够的覆盖区域进行了限制，并确保后续双目相机工作时对目标物的图像获取。

在其中一个实施例中，沿着所述机架的长度方向，两个所述相机相对于所述激光器对称设置。

可以理解的是，将两个相机对称地布置于激光器两侧，这样具体实现该三维扫描仪的一实施例，并达到激光器工作时所产生激光光束的覆盖区域的最优解。

在其中一个实施例中，所述激光器的激光发散角设定为C，且，30度≤C≤90度。

可以理解的是，将激光器的激光发散角范围设定在30度与90度之间，这样具体实现对该三维扫描仪上激光器的激光发散角的限制，进一步便于后续双目相机工作时对目标物的图像获取。

在其中一个实施例中，所述相机的拍摄角度设定为R，且，45度≤R≤75度。

可以理解的是，将相机的拍摄角度范围设定在45度与75度之间，这样具体实现对该三维扫描仪上相机拍摄角度的限制，以进一步保证该三维扫描仪上双目相机工作时的视野范围，并确保该三维扫描仪工作时的扫描精度。

在其中一个实施例中，所述相机的镜头焦距设定为D，且，4毫米≤D≤17毫米。

可以理解的是，将相机的镜头焦距范围设定在4毫米与17毫米之间，这样实现对相机的镜头焦距范围进行了限定，以进一步保证该三维扫描仪上双目相机工作时的视野范围，并确保该三维扫描仪工作时的扫描精度。

在其中一个实施例中，所述相机的靶面尺寸设定为L，且，1/3英寸≤L≤1.1英寸。

可以理解的是，将相机的靶面尺寸范围设定在1/3英寸与1.1英寸之间，这样具体实现对该三维扫描仪上相机靶面尺寸的限制，以进一步保证该三维扫描仪上双目相机工作时的视野范围，并确保该三维扫描仪工作时的扫描精度。

在其中一个实施例中，所述三维扫描仪还包括两个LED灯，两个所述LED灯与两个所述相机一一对应，且所述LED灯设置于对应的所述相机的外围。

可以理解的是，在相机的外围设置LED灯，以满足该三维扫描仪工作时照射目标物的使用需求。

在其中一个实施例中，所述LED灯包括LED发光元件和滤光片，所述滤光片设置于所述LED发光元件的出光路径上；

其中，所述LED发光元件工作时所产生的光线为单色光。

可以理解的是，通过上述LED发光元件和滤光片的结构设置，这样具体实现该LED灯的结构设置，使得该LED灯工作时能够用滤光片抵靠外界环境的干扰。

与现有技术相比，本申请相较于现有技术具有如下有益效果：

本申请请求保护的三维扫描仪，将两个所述相机之间的基线距离范围设定在100毫米与300毫米，两个相机的光轴延长线相交形成的夹角α设定在15度与35度，这样可使该三维扫描仪既可以保证双目相机的视野范围，又可以保证三维扫描仪的扫描精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，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的附图。

图1为本申请一实施例所提供的三维扫描仪的结构示意图；

图2为本申请一实施例所提供的三维扫描仪的结构示意图；

图3为本申请一实施例所提供的三维扫描仪另一视角的结构示意图。

附图标记，100、三维扫描仪；10、机架；20、相机；30、激光器；201、光轴上垂面；202、光轴下垂面；203、连线。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设于”另一个元件，它可以直接设在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“设置于”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“固定于”另一个元件，它可以是直接固定在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。

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。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方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本申请一实施例所提供的三维扫描仪100，包括机架10、激光器30和两个相机20，两个相机20和激光器30均安装于机架10上，且两个相机20布设于激光器30的两侧，优选的，将激光器30设置于机架10的居中部位，两个相机20分别布设于机架10的两端部位，为使得两个相机视野有公共部分，上述两个相机20的光轴的延长线相交并形成有夹角α。

激光器30的数量可以是一个或多个，根据适用场景使用红外激光器、红光激光器和/蓝光激光器用于向被扫描物体投射激光线状/点状图案，上述两个相机20用于在扫描过程中对被扫描物体表面进行拍摄，获取物体表面信息。

为同时保证该三维扫描仪100工作时的扫描视野和扫描精度，针对α角的设置很关键，在一些实施例中，α的需要满足15度≤α≤35度，例如当扫描仪两相机20之间的基线S满足100毫米≤S≤300毫米时。也就是说，该三维扫描仪100将两个相机20的光轴延长线夹角范围会综合扫描仪基线、扫描视野范围以及相机20靶面尺寸等在15度与35度之间选定一个的合适角度α，这样对该三维扫描仪100上两个相机20光轴延长线夹角进行限制，按照此种方案设计的三维扫描仪100既可以保证双目相机20的视野范围，又可以保证三维扫描仪100的扫描精度。需要说明的是，上述相机20的光轴，具体指相机20沿相机20拍摄目标物方向的中垂线。

在一实施例中，该三维扫描仪100中两个相机20之间的基线距离范围设定在100毫米与130毫米，两个相机20的光轴延长线相交形成的夹角α设定在15度与20度，以适用于更小规格的三维扫描仪。

如图2所示，相机20的拍摄角度设定为R，且，45度≤R≤75度，这样具体实现对该三维扫描仪100上相机20拍摄角度的限制，这样能够进一步保证该三维扫描仪100上双目相机20的视野范围，并确保该三维扫描仪100工作时的扫描精度。需要说明的是，上述相机20的拍摄角度，具体指相机20工作时的视野范围。

相机20的镜头焦距设定为D，且，4毫米≤D≤17毫米，这样具体实现对该三维扫描仪100上相机20镜头焦距的限制，以进一步保证该三维扫描仪100上双目相机20的视野范围，并确保该三维扫描仪100工作时的扫描精度。

相机20的靶面尺寸设定为L，其中，1/3英寸≤L≤1.1英寸，这样具体实现对该三维扫描仪100上相机20靶面尺寸的限制，以进一步保证该三维扫描仪100上双目相机20的视野范围，并确保该三维扫描仪100工作时的扫描精度。

如图3所示，其中一个相机20的光轴形成有光轴上垂面201，另一个相机20的光轴形成有光轴下垂面202，两个相机20的光轴在机架10位置的连线203，分别与光轴上垂面201和光轴下垂面202垂直。

其中，激光器30工作时发射的激光光束设置于光轴上垂面201与光轴下垂面202合围形成有的空间区域内，这样具体实现对激光器30工作时的激光光束的覆盖区域进行限制，并提供激光器30的覆盖区域进行了设计规范，进一步便于后续对该三维扫描仪100的设计。需要说明的是，通过上述的结构设置，这样可避免激光器30工作时所产生激光光束的覆盖区域不会对该三维扫描仪100的扫描面积大小及扫描效率造成影响。

作为优选地，沿着机架10的长度方向，两个相机20相对于激光器30对称设置，这样具体实现该三维扫描仪100的一实施例，并达到激光器30工作时所产生激光光束的覆盖区域的最优解。

在一实施例中，激光器30的激光发散角设定为C，其中，30度≤C≤90度，这样具体实现对该三维扫描仪100上激光器30的激光发散角的范围限制，以保证激光器30工作时所能够覆盖的范围。

在一实施例中，三维扫描仪100还包括两个LED灯(图未示)，两个LED灯与两个相机20一一对应，且LED灯设置于对应的相机20的外围，这样能够满足该三维扫描仪100工作时照射目标物(图未示)的使用需求。

其中，LED灯包括LED发光元件(图未示)和滤光片(图未示)，滤光片设置于LED发光元件的出光路径上；LED发光元件工作时所产生的光线为单色光，这样具体实现该LED灯的结构设置，使得该LED灯工作时能够用滤光片抵靠外界环境的干扰。

综上，本申请请求保护的三维扫描仪100，将两个所述相机20之间的基线距离范围设定在100毫米与300毫米，两个相机20的光轴延长线相交形成的夹角α设定在15度与35度，这样可使该三维扫描仪100既可以保证双目相机20的视野范围，又可以保证三维扫描仪100的扫描精度。

以上实施方式的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施方式中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本实用新型要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种三维扫描仪，其特征在于，包括机架(10)、激光器(30)和两个相机(20)，所述相机(20)和所述激光器(30)均安装于所述机架(10)上，且两个所述相机(20)布设于所述激光器(30)的两侧；

其中，两个所述相机(20)之间的基线距离设定为S，且，100毫米≤S≤300毫米，两个所述相机(20)的光轴延长线相交并形成有夹角α，且，15度≤α≤35度。

2.根据权利要求1所述的三维扫描仪，其特征在于，其中，100毫米≤S≤130毫米，且，15度≤α≤20度。

3.根据权利要求1所述的三维扫描仪，其特征在于，其中一个所述相机(20)的光轴形成有光轴上垂面(201)，另一个所述相机(20)的光轴形成有光轴下垂面(202)，两个所述相机(20)的光轴在所述机架(10)位置的连线(203)，分别与所述光轴上垂面(201)和所述光轴下垂面(202)垂直；

其中，所述激光器(30)工作时发射的激光光束设置于所述光轴上垂面(201)与所述光轴下垂面(202)合围形成有的空间区域内。

4.根据权利要求3所述的三维扫描仪，其特征在于，沿着所述机架(10)的长度方向，两个所述相机(20)相对于所述激光器(30)对称设置。

5.根据权利要求1所述的三维扫描仪，其特征在于，所述激光器(30)的激光发散角设定为C，且，30度≤C≤90度。

6.根据权利要求1所述的三维扫描仪，其特征在于，所述相机(20)的拍摄角度设定为R，且，45度≤R≤75度。

7.根据权利要求1所述的三维扫描仪，其特征在于，所述相机(20)的镜头焦距设定为D，且，4毫米≤D≤17毫米。

8.根据权利要求1或者7所述的三维扫描仪，其特征在于，所述相机(20)的靶面尺寸设定为L，且，1/3英寸≤L≤1.1英寸。

9.根据权利要求1所述的三维扫描仪，其特征在于，所述三维扫描仪(100)还包括两个LED灯，两个所述LED灯与两个所述相机(20)一一对应，且所述LED灯设置于对应的所述相机(20)的外围。

10.根据权利要求9所述的三维扫描仪，其特征在于，所述LED灯包括LED发光元件和滤光片，所述滤光片设置于所述LED发光元件的出光路径上；

其中，所述LED发光元件工作时所产生的光线为单色光。