CN220230446U - 一种三维扫描系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种三维扫描系统，包括：发射端，用于向被扫描对象发射复合图案化光束，其中，发射端包括光源和图案调制元件，光源用于发射光束至图案调制元件，图案调制元件对光源发射的光束进行调制并向被扫描对象投射复合图案化光束，复合图案化光束包括多线图案和编码图案；接收端，用于采集经被扫描对象反射的复合图案化光束并生成复合图，复合图包括多线图像以及编码图像，用于根据编码图像对所述多线图像进行解码以获取被扫描对象的三维信息。与现有技术相比，本申请提供的三维扫描系统精度高且功耗低。

Description

一种三维扫描系统

技术领域

本申请涉及三维成像技术领域，尤其涉及一种三维扫描系统。

背景技术

现有的三维扫描系统一般在发射端采用DLP向物体表面投射预设多帧条纹图案（如格雷码，或者相移条纹），容易获得高测量精度的测量结果。然而DLP成本较高，结构较复杂，且投射多帧条纹不利于动态三维测量。而使用基于散斑结构光的技术（如Kinect，RealSense D435/D455）向物体表面投射单帧散斑图案通过匹配算法计算被扫描对象点的深度可以测量动态物体，但其精度有限。

为解决上述问题，现有技术又提出了采用激光线的线激光扫描技术，即扫描仪的发射端向物体表面投射单根或多根激光线并被接收端采集。基于线激光扫描原理，每根激光线都对应一个光平面方程，根据接收端的光心和图像中激光线上的某个点可以确定一条射线，由这条射线和光平面方程的交点就可以确定被扫描对象点的三维坐标。然而，当发射端发射多根激光线时，接收端采集多根激光线得到多线图像；由此，从多线图像中任一根激光线上的某个点出发的射线会与多个光平面相交得到多个交点，导致无法唯一确定激光线对应的光平面方程。

为唯一确定激光线对应的平面方程，现有方案提出使用多种颜色的激光线，利用相邻激光线在空间中的不同颜色的组合实现激光线的编码。在该方案中，需使用彩色相机采集激光线图像，而彩色相机中的拜耳(Bayer)滤光片会降低相机的灵敏度。例如，当采用蓝色或红色激光线时，在彩色相机的所有像素中，只有1/4像素可灵敏响应，其余3/4像素是没有响应的；而当采用绿色激光线时，彩色相机中也只有一半的像素可灵敏响应。此外，利用颜色组合对激光线进行编码不适合对色彩丰富的物体进行扫描，且不同颜色组合的激光线对功耗要求较高。

发明内容

本申请提供了一种三维扫描系统，旨在解决相关技术中三维扫描系统在保证高精度测量结果的前提下减少成本和功耗的问题。

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种三维扫描系统，包括：发射端，用于向被扫描对象发射复合图案化光束，其中，发射端包括光源和图案调制元件，光源用于发射光束至图案调制元件，图案调制元件对光源发射的光束进行调制并向被扫描对象投射复合图案化光束，复合图案化光束包括多线图案和编码图案，编码图案对多线图案中包含的多根线条进行唯一性编码；接收端，用于采集经被扫描对象反射的复合图案化光束并生成复合图，复合图包括多线图像以及编码图像，用于根据编码图像对所述多线图像进行解码以获取被扫描对象的三维信息。

本申请的有益效果为：与现有技术相比，本申请通过提供一种结合编码图案和多线图案的三维扫描系统，仅使用少数光源便可获取高精度的三维扫描信息，在确保精度的前提下，不仅降低了成本及功耗，还无需在被扫描对象上外贴标志点，减少了人工成本及提高了扫描速率，从而提升了三维重建的速率。

附图说明

为了更清楚地说明相关技术或本申请实施例中的技术方案，下面将对相关技术或本申请实施例的描述中所需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仅是本申请的一些实施例，而并非是全部实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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为本申请实施例提供的一种三维扫描系统结构示意图；

图2为本申请实施例提供的复合图案化光束中的多线图案结构示意图；

图3为本申请实施例提供的复合图案化光束中的编码图案结构示意图；

图4（a）为本申请实施例提供的编码图案位于多线图案同一水平线的结构示意图；

图4（b）为本申请实施例提供的编码图案位于多线图案不同水平线上结构示意图；

图4（c）为本申请实施例提供的将编码图案沿竖直方向复制多份的结构示意图；

图4（d）为本申请实施例提供的复合线图案光束中的多线图案结构示意图；

图4（e）为本申请实施例提供的编码图案分布于多线图案附近的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一复合图案化光束的编码原理结构示意图；

图6为本申请实施例提供的又一复合图案化光束的编码原理结构示意图；

图7-8为本申请实施例提供的另一复合图案化光束的编码原理结构示意图；

图9为本申请实施例提供的再一复合图案化光束的编码原理结构示意图；

图10为本申请实施例提供的一种图案调制元件的结构示意图；

图11为本申请实施例提供的又一图案调制元件的结构示意图；

图12为本申请实施例提供的线激光扫描原理的结构示意图；

图13（a）为本申请实施例提供的一光学系统发射多线图案的光路结构示意图；

图13（b）为本申请实施例提供的一光学系统发射编码图案的光路结构示意图；

图14为本申请实施例提供的又一光学系统结构示意图；

图15为本申请实施例提供的另一光学系统结构示意图；

图16为本申请实施例提供的再一光学系统结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加的明显、易懂，下面将结合本申请实施例以及相应的附图，对本申请进行清楚、完整地描述，其中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。应当理解的是，下面所描述的本申请的各个实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请，即基于本申请的各个实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例都属于本申请保护的范围。此外，下面所描述的本申请的各个实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1为根据本申请提供的一种三维扫描系统的系统结构示意图。该系统包括发射端10、接收端11及处理器（未示出），其中，发射端10用于向被扫描对象发射复合图案化光束12，其中，复合图案化光束包括多线图案120和编码图案121，编码图案121对多线图案中包含的的多根线条进行唯一性编码；接收端11用于采集经被扫描对象反射的复合图案化光束12并生成复合图传输至处理器，复合图包括多线图像和编码图像；处理器用于根据编码图像对多线图像进行解码以识别多根线条，利用识别后的多根线条并基于线激光扫描原理计算被扫描对象的深度信息。

进一步地，在得到被扫描对象的深度信息后，处理器一方面可用于获取三维扫描系统中发射端10与接收端11的内外参，并结合内外参及被扫描对象的深度信息得到被扫描对象的点云图；另一方面，处理器还可用于对得到的被扫描对象的点云图进行网格化以完成三维重建，得到被扫描对象的三维模型。需要说明的是，在本申请中，深度信息、点云图及三维模型均定义为三维信息。

在一个实施例中，多线图案120包括多根线条，线条为激光线，发射端10投射的多根激光线包括竖直方向或接近竖直方向的，多根激光线之间相互平行，如图2所示。需要说明的是，本实施例所描述竖直方向的激光线定义为激光线的延伸方向与发射端10及接收端11的基线相互垂直，即当发射端10发射水平方向的激光线时，当其与发射端10与接收端11的基线相互垂直时，亦属于本实施例中所描述的竖直方向的激光线。

在一个实施例中， 编码图案121为斑点，各激光线附近或沿各激光线排布至少一个斑点，根据单个斑点的形状或尺寸的唯一性或多个斑点的分布组合在编码图案的唯一性分别对多根线条进行编码，从而实现对多线图案中各线条的唯一性编码。需要说明的是，本实施例中的编码图案除斑点外，也可以为三角形、四边形、五边形等多边形或其他规则或不规则的二维图案，单根线条上的编码图案可为一种形状的二维图案，也可为多种形状的二维图案组合，如图3所示，此处不作限制。

图4为根据本申请提供的一种发射端发射的复合图案化光束的结构示意图，，以线条为激光线为例，其示出了利用编码图案的分布位置对多线图案中各激光线进行唯一性编码的原理。在一些实施例中，多个编码图案分布于多线图案中各激光线附近或沿激光线排布，由此根据编码图案的分布位置对多线图案中各激光线实现唯一性编码。其中，编码图案的分布位置可为规律的或随机的，只需确保可对每根激光线进行唯一性编码即可；本实施例中不对编码图案的尺寸或形状进行限制，各编码图案的尺寸或形状可相同或不相同。需要说明的是，图4（a）-（d）仅是以编码图案沿激光线分布为例说明，当编码图案排布于激光线附近时，如图4（e）所示，编码原理与编码图案沿激光线分布的编码原理相同。

在一个实施例中，如图4所示，当发射端投射复合图案化光束时，利用编码图案对多线图案各激光线进行唯一性编码包括：在图4(a)中，在多线图案包含的每根激光线（竖直的实线）所在位置投射至少一个编码图案，使所有的编码图案分布在同一条水平线（水平的虚线）上，但这样的编码图案无法实现各线条的编码。由此，在图4(a)的基础上，对编码图案投射的位置进行微小上下偏移调整，如把某些位置的编码图案往上移动一个固定的偏移量或把某些位置的编码图案往下移动一个固定的偏移量，使其位于不同的水平线上，如图4(b)所示。假设图4(a)为预设参考编码图，与预设参考编码图相比，每个编码图案在竖直方向上至少有2种分布状态，在图4(b)中每个编码图案在竖直方向上有三种分布状态，分别记为高（H）、中（M）、低（L），从而实现利用与各激光线在水平方向上相邻的至少2个编码图案的分布状态对各激光线进行唯一性编码。

以与各激光线在水平方向上相邻的3个编码图案的分布状态实现对各激光线进行唯一性编码为例，对于1号激光线的编码为MLH，2号激光线的编码为LHM，3号激光线的编码为HMM，而对于0号激光线和最后一号激光线缺失的编码图案，本实施例中优选使用N表示，如0号激光线的编码为NML。由此对于每个编码图案至少具备三种分布状态且利用每根激光线水平方向上与当前激光线相邻的至少3个编码图案而言，根据上述编码原理可实现至少27种编码，即可以至少实现27根激光线的唯一性编码，且每根激光线的编码均不相同。

需要说明的是，本实施例利用编码图案的分布位置对每根激光线进行唯一性编码的基本原理为：当发射端的X轴（即水平方向）与发射端及接收端的基线平行时，可以保证原来在发射端同一水平线上的编码图案，在接收端成像时也在同一水平线上，从而确保接收端生成的编码图像中编码图案的上下位置不会发生改变，从而处理器便可利用编码图像并根据上述编码原理对得到的多线图像进行解码以识别每根激光线，从而实现对各激光线的唯一性编码。另外，图4中的多线图案为竖直的实线部分，水平线即虚线部分在实际使用并不存在，此处仅是为了更好地描述编码原理所使用。

在另一个实施例中，以27根激光线为例，由于发射端投射的多根激光线都具有一定的长度，以每根激光线上排布3个编码图案为例，为了实现全场激光线的编码，把图4(b)所示的编码图案图案沿着竖直方向复制多份，以复制3份为例，如图4(c)所示，根据上述编码原理，利用每根激光线附近的水平方向的至少3个相邻编码图案实现对当前激光线的编码，此时，对于1号激光线的编码为MLH。由此，发射端投影如图4(c)的复合图案化光束并被接收端采集生成包含多线图像和编码图像的复合图传输至处理器时，处理器便可利用复合图中的编码图像对多线图像进行解码，以唯一确定发射端发射的如图4(d)的多线图案中各激光线，从而发射端发射的多线图案中各激光线与接收端采集到的多线图像中的各激光线形成一一对应关系，使得处理器可利用具有一一对应关系的各激光线并基于线激光扫描原理进行深度计算得到被扫描对象的深度信息；其中，利用复合图中的编码图像对多线图像进行解码的过程为利用编码图案对多线图案进行编码的逆过程。

以利用编码图案的分布位置对任一根激光线进行唯一性编码为例对解码过程进行说明，优选地，预先赋予多线图案中每根激光线相应的编号及存储编码图案对各激光线的唯一性编码与各激光线编号的对应关系（如存为查找表），处理器根据复合图中当前激光线所对应像素区域的邻域像素的像素值差异识别当前激光线邻近的至少2个编码图案的位置，并基于当前激光线相邻的至少2个编码图案与预设参考编码图的相对位置获取当前激光线的唯一性编码，由此，从对应关系中查找该编码对应的激光线编号以识别当前激光线，即可实现对各激光线的解码；其中，预设参考编码图为各激光线上的编码图案分布于同一水平线上，如图4(a)所示。

也就是说，对于某一激光线附近分布的编码图案而言，其与预设参考编码图相比，根据其相对位置变化得到的编码为MLH，根据图4(b)所示，则该编码对应于1号激光线，从而实现对该激光线的解码，以唯一确定当前激光线。

在一个实施例中，处理器根据复合图中当前激光线所在像素区域的邻域像素的像素值差异识别编码图案的位置，并基于与当前激光线相邻的至少三个编码图案位置获取当前激光线的唯一性编码，包括：当接收端采集经被扫描对象反射回的复合图案化光束时，接收端中部分像素可响应于反射回的复合图案化光束生成复合图传输至处理器，也即接收端中存在部分像素无响应；其中，发生响应的像素对应的像素值与无响应的像素对应的像素值相比存在数值上的差异，而无响应的像素对应的像素值为0或为一恒定值。由此可预先设定像素值阈值，对复合线图像进行逐像素检测并比较复合线图像中各像素的像素值与像素值阈值，大于和/或等于像素值阈值的像素则定义为发生响应的像素，在当前激光线所对应像素区域的邻域像素寻找发生响应的像素，从而识别编码图案的位置及根据当前激光线对应的编码图案的位置对当前激光线进行解码，以唯一确定当前激光线。

需要说明的是，上述实施例是以复合图中包含的编码图像和多线图像可为一帧图像进行说明。在另一个实施例中，复合图中包含的编码图像和多线图像可为互相独立的两帧图像，且两帧图像之间至少部分像素存在一一对齐关系，由此，当需对多线图案中某一根激光线进行解码时，便可根据当前激光线的坐标信息及图像之间的对齐关系获取当前激光线相邻的编码图案以实现解码。

图5为本申请实施例提供的一复合图案化光束的编码原理结构示意图。在一个实施例中，当发射端投射的多根激光线都具有预设长度时，每根激光线的延伸方向上可分布多个编码图案，利用延伸方向分布的多个编码图案对各线条进行唯一性编码。以每根激光线上排布3个编码图案为例，本实施例还可以利用每根激光线附近的竖直方向的至少3个编码图案实现对当前激光线的编码，与预设参考编码图相比，0号激光线的编码为HHH，1号激光线的编码为HHM，此处类推，从而可实现对27根激光线进行唯一性编码。应当理解的是，一般情况下，发射端10的视场角大于接收端11的视场角，由此，发射端10投射的复合图案化光束位于首尾两端的图案不一定能被接收端11所采集，在实际应用过程中，可忽略多线图案中两端的激光线的编解码计算。

综上，图4-图5所示的实施例仅以每根激光线上排布3个编码图案为例，当各编码 图案在竖直方向有3种偏移位置为例说明，编码图案也可排布于激光线附近，其编码原理于 上述实施例相同，此处不再赘述。另外，根据本申请的编码原理，当每根激光线在竖直方向 上有4种偏移位置时，便可得到64（）种编码，对64根激光线进行唯一性编码；由此，当每 根激光线上或每根激光线附近排布n个编码图案时，当各编码图案在竖直方向有m种偏移位 置，便可以得到种编码，即可实现根激光线的唯一性编码。

图6为根据本申请提供的又一复合图案化光束的编码原理结构示意图。在一个实施例中，编码图案为形状各异的二维图案，各二维图案可沿各激光线排布，根据二维图案的形状对多线图案的各根激光线进行唯一性编码。具体地，当发射端投射的编码图案为形状各异的二维图案时，发射端投射的多线图案可为水平方向或竖直方向的，此时，发射端投射的二维图案需沿多线图案中每根激光线排布，由于二维图案的形状各不相同，则可通过一种形状的二维图案对一根激光线进行编码，构建二维图案形状与各激光线编号的对应关系，由此实现利用形状各不相同的二维图案对多线图案中的每根激光线的唯一性编码。

图7至图8为根据本申请提供的另一复合图案化光束的编码原理结构示意图。在一个实施例中，如图7所示，编码图案包括多个尺寸各不相同多个编码图案，各编码图案分别沿多根激光线排布，以根据各编码图案的尺寸大小对多线图案中各根激光线实现唯一性编码。需要说明的是，本实施例不对编码图案位于激光线上的位置及激光线方向进行限制，其可位于激光线上的任何位置。另外，本实施例的各激光线上可设有一个或多个尺寸相同的编码图案，各激光线之间的编码图案尺寸不同即可。

具体地，发射端需包括至少两个不同波长的光源，一个光源用于投射编码图案图案，另一光源用于投射多线图案，其中，发射端投射的编码图案需沿多线图案中每根激光线排布，由于编码图案图案中的各编码图案的尺寸均不相同，一种尺寸的编码图案对应一根激光线，构建编码图案图案尺寸与各激光线编号的对应关系，由此可根据尺寸各不相同的编码图案实现对多线图案中的每根激光线进行唯一性编码。

在另一个实施例中，编码图案为至少两个尺寸不相同编码图案的排列组合，如图8所示，各编码图案的排列组合可分别沿各激光线排布或排布于各激光线附近，以根据多线图案中各编码图案排列组合形式的唯一性对各激光线进行编码。需要说明的是，本实施例不对编码图案位于激光线上的位置及激光线方向进行限制，其可位于激光线上的任何位置。

具体地，发射端需包括至少两个不同波长的光源，一个光源用于投射编码图案图案，另一光源用于投射多线图案；其中，发射端投射的编码图案沿多线图案中每根激光线排布或排布于每根激光线附近，由于投射的编码图案具有不同的排列组合形式，构建编码图案图案尺寸不同编排组合与各激光线编号的对应关系，由此可根据编码图案的排列组合的唯一性对多线图案的每根激光线进行编码。以发射端投射的编码图案图案包括3种尺寸不相同的编码图案为例，如图8所示，记为大(L)、中(M)、小(S)，利用每根激光线附件至少3个编码图案对当前激光线进行编码，如对于1号激光线的编码为SML，对于2号激光线的编码为等，便可有27种排列组合形式，从而实现27根激光线的唯一性编码。

需要说明的是，利用尺寸不相同编码图案的排列组合与上述利用编码图案位置偏移对各激光线进行编码原理相似，即编码图案的位置、大小、形状特性中的一种或组合均可以对多线图像中各激光线进行编码，仅是在编码的表示形式上有差异，但实质均是对多线图案中每根激光线进行唯一性编码。

图2-图8所阐述的实施例均以多线图案中的线条为激光线进行阐述。图9为根据本申请提供的再一复合图案化光束的编码原理结构示意图。在一个实施例中，多线图案中的多根线条由编码图案组成。具体地，每根线条由多个编码图案集编排形成，每个编码图案集由一个或多个编码图案紧密排列组成，各编码图案集间具有预设间隙；其中，由于每根线条中编码图案集的编排方式各不相同，本实施例中的编码图案相当于每根线条中多个编码图案集的编排方式，构建每根线条上编码图案集的编排方式与各线条编号的对应关系，根据每根线条上编码图案集的编排方式可使得基于该编码图案集得到的线条具有唯一性。进一步地，编码图案集的编排方式表征每根线条中编码图案集的排布顺序，根据每个编码图案集的排布顺序及各编码图案集中编码图案的数目可得到该编码图案集的编排方式。以图9中发射端投射竖直方向的多线图案为例，对于0号线条而言，其包括5个编码图案集，其编排方式为23523，其中，每个数字的先后顺序指示每个编码图案集的排布顺序，每个数字指示每个编码图案集包括的编码图案数目。

需要说明的是，本申请中对编码图案所使用的编码表示形式除使用上述的数字、字母表示外，其还可采用文字或上述提及的数字、字母及文字进行任意组合等形式表示，此处不作限制。

基于图3-图9所对应的编码/解码原理，本申请结合图1、图10及图11对三维扫描系统的系统设计进行示例性说明。

在一些实施例中，如图1所示，发射端10包括光源101及图案调制元件102，其中，光源101用于发射光束至图案调制元件102，图案调制元件102对光源101发射的光束进行调制并向被扫描对象投射包括编码图案121和多线图案120的复合图案化光束12。

在一些实施例中，光源101可为发光二极管（LED）、边发射激光器(EEL)、垂直腔面发射激光器（VCSEL）等光源，也可以是多个光源组成的光源阵列，其发射的其可以是可见光、红外光、蓝光、绿光或紫外光等中任一一种或多种组合。

在一个实施例中，当发射端10中的光源101为单光源时，光源101发射光束至图案调制元件102，图案调制元件102对光源101发射的光束进行调制并向被扫描对象投射复合图案化光束12。优选地，当发射端10中的光源101为单光源时，其对应的图案调制元件102包括至少一片掩膜(Mask)或衍射光学元件(DOE)。

具体地，当图案调制元件102为一片Mask或DOE时，该Mask或DOE可被光刻有只允许多线图案和编码图案透过的图形，以使光源101发射的光束透过单片Mask或DOE后得到复合图案化光束12；当图案调制元件102包括多片Mask或DOE时，各Mask或DOE上可分别被光刻只允许部分多线图案或编码图案透过的图形，以使光源101发射的光束透过各Mask或各DOE后得到复合图案化光束12。 以图案调制元件102仅包括一片Mask为例说明，其包括：根据预设输入光束与预设输出光束设计符合预设要求的图形，通过光刻技术将该图形制作于一个掩膜版上以形成本实施例所需的图案调制元件Mask，如图10所示。需要说明的是，本实施例中符合预设要求图形需满足光源发射的光束经过图案调制元件时只允许多线图案和编码图案透过的条件，从而实现利用编码图案对多线图案中各线条进行唯一性编码。

在另一个实施例中，当发射端10中的光源101包括至少两个子光源时，至少两个子光源用于分别发射光束至图案调制元件，图案调制元件用于对至少2个子光源发射的光束进行调制并向被扫描对象投射多线图案和编码图案；其中，至少两个子光源的波长可相同或不同，各子光源可共用一个图案调制元件或在各子光源出光侧分别设置图案调制元件，图案调制元件包括Mask或DOE。

具体地，当至少两个子光源的波长相同时，至少两个子光源的的出光侧需分别设置有图案调制元件且分时发射光束得到编码图案和多线图案，避免编码图案与多线图案在接收端11成像时重叠，从而无法区分编码图案和多线图案；当至少两个光源的波长不同时，则至少两个子光源可共用一个图案调制元件或分别对应设置图案调制元件，其可同时或分时发射光束，此处不作限制。

进一步地，若在各子光源出光侧分别设置图案调制元件，以图案调制元件为Mask为例，至少两个子光源分别对应的Mask设计如图11所示，一个Mask仅允许多线图案透过，另一个仅允许编码图案透过。发射端中的各子光源分别发射光束至不同的图案调制元件，不同图案调制元件分别对各子光源发射的光束进行调制得到多线图案和编码图案并向被扫描对象投射，以在到达被扫描对象表面时形成包含多线图案和编码图案的复合图案化光束12。

在一些实施例中，接收端11用于接收经被扫描对象反射回的光束并生成复合图传输至处理器。具体地，当发射端10分时发射编码图案及多线图案至被扫描对象时，编码图案及多线图案依次经被扫描对象反射至接收端11，接收端11依次采集编码图案和多线图案并相应地生成包含编码图像和多线图像的复合图，即此时的编码图像和多线图像为互相独立的两帧图像；当发射端10同时发射包含编码图案及多线图案的复合图案化光束至被扫描对象时，复合图案化光束经被扫描对象反射至接收端11，接收端11同时采集复合图案化光束并生成复合图，复合图包括编码图像及多线图像，即此时的编码图像和多线图像为一帧图像。

在一个实施例中，接收端11包括黑白图像传感器及滤光片，黑白图像传感器用于采集经被扫描对象反射回的复合图案化光束并生成复合图传输至处理器或仅用于采集被扫描对象反射回的复合图案化光束中的多线图案并生成多线图像传输至处理器。其中，黑白图像传感器可以是电荷耦合元件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)、雪崩二极管(AD)、单光子雪崩二极管(SPAD)等任意一种或多种组成；滤光片设于黑白图像传感器的入光侧，优选为与发射端发射光束波长相匹配的窄带滤光片，用于抑制其余波段的背景光噪声，以仅使复合图案化光束或复合图案化光束中的多线图案穿过滤光片被黑白图像传感器采集。

在另一个实施例中，接收端11还包括彩色图像传感器，彩色图像传感器包括图像传感器及设于图像传感器入光侧的拜尔（Bayer）滤光片，用于采集被扫描对象的纹理传输至处理器，处理器根据被扫描对象的纹理对被扫描对象的点云模组进行渲染得到纹理点云图或对被扫描对象的三维模型进行纹理贴图得到纹理三维模型。

进一步地，当黑白图像传感器仅采集复合图案化光束中的多线图案并生成多线图像时，彩色图像传感器入光侧还设有与发射编码图案的光束波长相匹配的窄带滤光片，以使彩色图像传感器仅用于采集复合图案化光束中的编码图案并生成编码图像传输至处理器，以供处理器根据编码图像识别多线图像中的每根线条。

应当理解的是，相比于彩色图像传感器，黑白图像传感器的灵敏度好，获取图像的信噪比高，使用黑白传感器采集复合图案化光束或复合图案化光束中的多线图案，有利于对被扫描对象进行高精度测量；而彩色图像传感器在本实施例中仅用于采集用于编码的编码图案或被扫描对象的纹理，不会直接用于对被扫描对象的测量，因此不会影响测量精度。

在一个实施例中，接收端12还可包括成像镜头，成像镜头用于接收并将由物体反射回的复合图案化光束，使复合图案化光束传播至滤光片并穿过滤光片成像在图像传感器相应的像素上。优选地，成像镜头包括一个透镜或由多个透镜组成的透镜组。

在一些实施例中，处理器可以是独立的专用电路，比如包含CPU、存储器、总线等组成的专用SOC芯片、FPGA芯片、ASIC芯片等等，也可以包含通用处理电路，比如当该三维扫描系统被集成到如手机、电视、电脑、扫描仪等智能终端中去，终端中的处理电路可以作为该处理器至少一部分。

在一些实施例中，处理器根据编码图像对多线图像进行解码以识别多线图像中的多根线条，利用识别后的多根线条并基于线激光扫描原理计算被扫描对象的深度信息。具体地，如图12所示，基于线激光扫描原理，发射端向被扫描对象发射的一根线条可以形成一个光刀平面，一个光刀平面对应一个光刀平面方程，该光刀平面方程可通过标定得到；接收端采集经被扫描对象反射的光束在相机成像平面形成包含一根线条的多线图像。处理器提取多线图像中任一线条上的任一点并从接收端的光心出发与线条任一点（记为p）形成一条射线，求取该射线与光刀平面的交点便可确定p的三维坐标，得到被扫描对象的深度信息。

进一步地，处理器还可通过中心线提取算法提取多线图像中线条上的中心线，从接收端的光心出发与线条任一中心点形成一条射线，求取该射线与光刀平面的交点便可确定对应中心点的三维坐标以得到被扫描对象的深度信息。与直接通过线条上任一点计算被扫描对象的深度信息相比，本实施例通过计算线条上的中心线得到相应的中心点具备亚像素坐标，并通过通过亚像素的中心点进行被扫描对象的深度信息，可提高深度信息的精度。

然而，若三维扫描系统仅发射一根线条对被扫描对象进行扫描，其得到的数据会比较稀疏，为获取稠密的数据，则需发射多根线条。当发射端发射多根线条时，相应地，接收端采集经被测量对象反射回的多根线条得到多线图像；从多线图像中任一根线条上的任一点出发与接收端光心形成的射线会与发射端发射的多根线条对应的光刀平面相交得到多个交点，从而导致无法唯一确定多线图像中当前线条对应的光平面方程。

为唯一确定多线图像中当前线条对应的光刀平面方程，本实施例通过控制发射端发射包括编码图案和多线图案的复合图案化光束，并利用编码图案对多线图案中多根线条进行唯一性编码，使得接收端采集反射回的复合图案化光束后并生成包含编码图像和多线图像的复合图，由此，处理器便可利用复合图中的编码图像对多线图像进行解码以识别各线条，从而唯一确定当前线条对应的光刀平面方程，以进一步根据上述的线激光扫描原理得到被扫描对象的深度信息。

基于本申请实施例提供的对三维扫描系统的系统设计，图13至图16示例性地示出了三维扫描系统的具体光学系统架构。

图13为根据本申请提供的一种三维扫描系统的光学系统结构示意图。具体地，该光学系统包括第一发射端20、第二发射端21及接收端22，其中，第一发射端20及第二发射端用于向被扫描对象分别发射包括多线图案及编码图案的复合图案化光束，接收端22用于采集经被扫描对象反射回的复合图案化光束并生成包括编码图像和多线图像的复合图。需要说明的是，为更好地阐述本实施例提供的光学系统，本实施例仅以第一发射端20及第二发射端21为例说明，但在实际应用过程中发射端可一体化设置或独立设置，此处不作限制。

在一些实施例中，各发射端均包括光源及图案调制元件，如图13所示，第一发射端20包括第一光源200和第一图案调制元件202，第二发射端21包括第二光源210和第二图案调制元件212；其中，第一光源200和第二光源210用于分别发射光束至第一图案调制元件202及第二图案调制元件212，第一光源200发射的光束经第一图案调制元件202的调制后形成多线图案并向被扫描对象26投射，如图13(a)所示；第二光源210发射的光束经第二图案调制元件212的调制后形成编码图案并向被扫描对象26投射，如图13(b)所示。

进一步地，第一发射端20和第二发射端21发射的光束波长相同或不同。在一个实施例中，当发射端发射的光束波长不同时，第一光源200与第二光源210优选为蓝色激光光源和绿色激光光源，用于分别发射蓝光和绿光至对应的图案调制元件，其中，蓝色激光光源经第一图案调制元件202的调制后形成蓝光多线图案，绿色激光光源经第二图案调制元件212的调制后形成绿光编码图案。经本实施例利用不同波长得到的多线图案及编码图案投射至被扫描对象，可用于对容易发生散射的物体进行扫描，如半透明的牙齿。

在另一些实施例中，当发射端发射的光束波长相同时，第一光源200和第二光源210优选为近红外激光光源，用于分别发射或同时发射光束至图案调制元件，经图案调制元件调制后分别形成多线图案和编码图案，以用于一般物体的扫描。

进一步地，当发射端发射的光束为近红外激光光束时，在一个实施例中，若投射的复合图案化光束中的编码图案为编码图案图案时，发射端包括至少两个光源及至少一图案调制元件，至少两个光源优选为VCSEL阵列，其中，一光源发射光束至图案调制元件以形成多线图案，另一光源则可通过对VCSEL阵列的排布方式进行设计使得该光源可直接发射编码图案图案，而无需经过图案调制元件。在另一个实施例中，若复合图案化光束均为编码图案图案时，发射端还可包括至少一个光源，光源优选为VCSEL阵列，通过对VCSEL阵列的排布方式进行设计使得该光源可直接发射编码图案图案。

需要说明的是，光学系统的发射端选择何种波长取决于被扫描对象的自身属性，如上述所提及的若扫描被扫描对象为半透明的牙齿等容易发射散射的物体，则可采用蓝色激光、绿色激光或其他波长更短的激光，若为一般物体则一般采用近红外激光，本申请对此不作限定。

在一个实施例中，发射端还包括准直元件，设于光源与图案调制元件之间，用于准直光源发射的光束至图案调制元件，如设于第一光源200与第一图案调制元件202之间的准直元件201及设于第二光源210与第二图案调制元件212之间的准直元件211。优选地，准直元件201包括一个透镜或由多个透镜组成的透镜组。需要说明的是，准直元件201除对光源发射的光束进行准直外，还可用于对光源发射的光束进行匀光处理。

在一些实施例中，接收端22包括黑白图像传感器220、彩色图像传感器221、分光元件222及成像镜头223，其中，黑白图像传感器及彩色图像传感器设立于分光元件222的两侧，优选地呈“L字型”设置，以实现共用一个成像镜头223。优选地，黑白图像传感器220及彩色图像传感器221与分光元件222之间均设有一滤光片；经被扫描对象反射回的复合图案化光束经过成像镜头223的准直及聚焦至分光元件222，分光元件222对反射回的光束进行分光得到两路光束，其中一路经过滤光片后只剩下复合图案化光束中的蓝光多线图案并被黑白图像传感器220采集，另一路光束经过滤光片后只剩下复合图案化光束中的绿光编码图案并被彩色图像传感器采集。需要说明的是，本实施例中的滤光片可为单个器件，亦可集成于分光元件222或分别集成于黑白图像传感器220及彩色图像传感器221中，此处不作限制。

在一个实施例中，成像镜头223为由一个透镜或多个透镜组成的透镜组，用于对经被扫描对象反射回的复合图案化光束进行聚焦，以使经被扫描对象反射回的复合图案化光束对应地成像于图像传感器中相应的像素上。

在另一个实施例中，当需获取被扫描对象26的纹理信息时，接收端22中的彩色图像传感器221用于采集被扫描对象26的纹理信息，黑白图像传感器220用于采集被被扫描对象反射回的复合图案化光束。为提高彩色图像传感器221的成像清晰度，本实施例中光学系统还包括同轴照光部23。优选地，同轴照光部23设于接收端22的入光侧，用于为彩色图像传感器221提供类环境光的光信号；同轴照光部23包括照光光源230、准直透镜231及半透半反光学元件232，照光光源230发射光束至准直透镜231，光束经准直透镜231准直后至半透半反光学元件232，其中，部分光束经半透半反光学元件232偏转至被扫描对象26，以对被扫描对象26补光，从而使得彩色图像传感器221清楚地采集到被扫描对象26的纹理信息。需要说明的是，同轴照光部23的照光光源230优选为白光光源，如LED。

具体地，当经被扫描对象反射回的复合图案化光束及同轴照光部23发射的光束同时进入接收端22时，接收端22中的分光元件222对接收端接收到的光束进行分光得到两路光束，其中，一路光束进入彩色图像传感器221得到被扫描对象的纹理图像，另外一路光束进入黑白图像传感器220，黑白图像传感器220前设有一窄带滤光片，用于过滤环境光，仅允许与发射端发射的复合图案化光束穿过以在黑白图像传感器220上成像得到复合图。需要说明的是，当使用彩色图像传感器221采集被扫描对象26的纹理信息时，彩色图像传感器221入光侧无需设置滤光片。

在一个实施例中，在同轴照光部23入光侧还设有一准直透镜24，准直透镜24用于准直经被扫描对象反射回的复合图案化光束至同轴照光部23，并透过同轴照光部23。优选地，准直透镜24可为单个透镜或多个透镜组成的透镜组。

在一个实施例中，三维扫描系统还包括偏转光学元件25，用于接收经发射端发射的光束并反射至被扫描对象26以实现对被扫描对象26的的扫描，还用于接收经被扫描对象26反射回的光束并偏转至接收端22，从而改变三维扫描系统的发射光路和接收光路，使得发射光路和接收光路存在部分共轴，减少体积，实现三维扫描系统的微型化。优选地，偏转光学元件25可包括转镜、反射镜、棱镜、MEMS中的任意一种，此处不作限制。

图14为根据本申请提供的又一种三维扫描系统的光学系统结构示意图。与图13所示的光学系统结构相比，本实施例提供的光学系统区别在于发射端，接收端部分与前述内容相同，此处不再赘述。

在一个实施例中，发射端30包括发射端至少包括第一光源300、第二光源301、匀光合束元件302及图案调制元件303，其中，第一光源300及第二光源301分别设立于匀光合束元件302不同入光侧，图案调制元件303设置于匀光合束元件302的出光侧。具体地，第一光源300和第二光源301用于同时或分时发射不同波长的光束至匀光合束元件302，匀光合束元件302用于对两种不同波长的光束进行匀光并整合至同一光路以传播至图案调制元件303，图案调制元件303用于对接收的光束进行调制分别得到多线图案和编码图案并向被扫描对象26投射。

在一个实施例中，匀光合束元件302包括至少两个匀光元件及至少一个合束元件3022；其中，至少两种不同波长的光源的出光侧各设置至少一个匀光元件，如第一光源300对应的第一匀光元件3020及第二光源301对应的第二匀光元件3021，对光源发射的光束进行匀光处理，从而使得光源发射的光束在能量层面上均匀化并准直传播至合束元件3022，以提高光能利用率及避免出现相干光；合束元件3022用于将经匀光元件准直后的不同光源发射的光束整合至同一光路上并向图案调制元件303投射。需要说明的是，本实施例中的匀光元件可为单个透镜或多个透镜组合，透镜可为复眼透镜、diffuser、微透镜等中的一种或多种组合；合束元件优选包括二向色镜、棱镜等中的一种或多种组合，此处不作限制。

进一步地，由于本实施例中通过匀光合束元件302将不同波长光源发射的光束整合至同一光路上并向图案调制元件投射，由此，在一个实施例中，图案调制元件303包括至少一个DOE或至少一个Mask，用于调制匀光合束元件302投射的光束以生成多线图案及编码图案。例如，当编码图案为编码图案图案时，为实现仅通过一个图案调制元件同时生成多线图案及编码图案，可在同一个DOE或同一个Mask上光刻只透与发射多线图案对应光源波长的线和只透过发射编码图案图案的编码图案。

在一个实施例中，发射端还包括投影镜头304，用于准直图案调制元件303投射的光束至被扫描对象。需要说明的是，投影镜头包括单个透镜或多个透镜的组合，此处不作限制。

图15为根据本申请提供的另一种三维扫描系统的光学系统结构示意图。该光学系统包括发射端40及接收端22，需要说明的是，本实施例中发射端及接收端的相同名称的光学元件的作用与前述相同，此处不再赘述。

在一些实施例中，发射端40包括至少一个光源400、准直匀光部401、图案调制元件402，其中，准直匀光部401设于光源400与图案调制元件402之间，光源400发射光束至准直匀光部401，准直匀光部401用于对光束进行准直匀光后投射至图案调制元件402；图案调制元件402上光刻有只允许多线图案和编码图案透过的形状，当进行准直均匀处理后的光束投射至图案调制元件402时，图案调制元件402可调制该光束以生成多线图案及编码图案向被扫描对象26投射。

在一个实施例中，准直匀光部401包括准直元件4010和匀光元件4011，准直元件4010用于对光源400发射的光束准直至匀光元件4011，匀光元件4011用于对准直元件4010准直的光束进行匀光处理并向图案调制元件402投射，从而使得光源400发射的光束能量均匀化，使得光源发射的光束透过图案调制元件402时可提高光能利用率。需要说明的是，准直元件4010优选为单个透镜或多个透镜组，匀光元件4011为透镜可为复眼透镜、diffuser、微透镜等中的一种或多种组合。需要说明的是，准直元件4010和匀光元件4011可一体化设计或独立设置，本申请对此不作限制。

在一个实施例中，发射端40还包括投影镜头403，用于准直图案调制元件401投射的光束至被扫描对象26。需要说明的是，投影镜头403包括单个透镜或多个透镜的组合，用于对光束进行准直即可，此处不作限制。

在一个实施例中，接收端22包括至少一个黑白传感器220及至少一个成像镜头223，其中，成像镜头223用于对经被扫描对象反射回的复合图案化光束进行聚焦，使得经被扫描对象反射回的复合图案化光束对应地成像于黑白传感器220相应的像素上；黑白传感器220用于接收经被扫描对象26反射回的多线图案及编码图案并生成包括多线图像和编码图像的复合图传输至处理器以进行获取被扫描对象的深度信息。进一步地，接收端可包括两个黑白传感器以构成双目立体视觉进行被扫描对象的深度信息获取，此处不作限制。

在另一个实施例中，接收端还可与图13所示的接收端相同，此处不再赘述。

图16为根据本申请提供的另一种三维扫描系统的光学系统结构示意图。该光学系统包括发射端50、接收端22及偏转光学元件25，需要说明的是，本实施例中发射端的相同名称的光学元件的作用及组成与前述相同，此处不再赘述。

在一个实施例中，发射端50包括光源、准直匀光部、图案调制元件、反射元件、半透半反元件、合光元件及准直元件；其中，第一光源500和第二光源501用于分别发射不同波长的光束至第一准直匀光部502及第二准直匀光部503；第一准直匀光部502准直第一光源500发射的光束至对应的第一图案调制元件504，第二准直匀光部503准直第二光源501发射的光束至反射元件507，并经反射元件507反射光束至第二图案调制元件505；第一图案调制元件504和第二图案调制元件505分别对光束进行调制以对应地形成多线图案和编码图案向半透半反元件506投射。需要说明的是，反射元件用于将经准直匀光后的光束反射至图案调制元件，以改变发射光路实现微型化，其可包括反射镜、反射棱镜等，可实现反射光束作用即可，此处不作限制。

进一步地，第一光源500发射的光束经第一图案调制元件504调制后形成多线图案并透过半透半反元件506传播至合光元件508，第二光源501发射的光束经第二图案调制元件505调制后形成编码图案并经半透半反元件506反射至合光元件508；合光元件508用于将多线图案和编码图案合成复合图案化光束并经准直元件509准直后向偏转光学元件25投射；偏转光学元件25用于改变复合图案化光束的扫描方向以使复合图案化光束对被扫描对象26进行扫描，及接收经被扫描对象26反射回的复合图案化光束并偏转至接收端22。

在一个实施例中，发射端50还包括投影镜头509，投影镜头509设于合光元件508的出光侧，且其像平面恰好位于第一图像调制元件504及第二图案调制元件504的出光面上，使得多线图案与编码图案投射至被扫描对象26上时可高度对准，即编码图案可恰好沿多线图案分布排列。优选地，投影镜头509用于准直经合光元件508整合后的光束并投影至偏转光学元件25。

在一个实施例中，发射端50还包括照明单元510，用于为被扫描对象26提供类环境光。具体地，当被扫描对象25处于黑暗环境中时（如牙齿、牙龈），便可开启照明单元510对被扫描对象25补光，以获取被扫描对象26的纹理信息。优选地，照明单元510包括照明光源和准直元件，照明光源为白光光源（如LED）以模仿类环境光，此时，照明光源发射光束至准直元件并经其准直后向偏转光学元件25发射，在偏转光学元件25的偏转作用下向被扫描对象26投射以进行补光。

在一个实施例中，本实施中的接收端22与图13所示的接收端相同，此处不再赘述。

具体地，第一光源500采用波长为450nm的蓝光激光光源，第二光源501采用波长为405nm的蓝光激光光源，第一光源500发射的光束经第一图案调制元件504调制后形成多线图案，第二光源501发射的光束经第二图案调制元件505调制后形成编码图案，多线图案和编码图案经合束元件508的整合后形成复合图案化光束并经投影透镜509准直传播至偏转光学元件25，偏转光学元件25用于改变复合图案化光束的传播方向以完成对被扫描对象26的扫描。

进一步地，发射端50发射白光光束及不同波长的蓝光激光光束至被扫描对象26，发射端50发射至被扫描对象26的光束被反射回至偏转光学元件25，偏转光学元件25用于偏转反射回的光束至接收端22。接收端22中的成像透镜223用于聚焦反射回的光束至分光元件222，分光元件222对接收端接收到的光束进行分光得到两路光束，其中，一路白光光束进入彩色图像传感器221得到被扫描对象的纹理图像，另外一路蓝光光束（即450nm及405nm波段的光束）进入黑白图像传感器220，黑白图像传感器220前设有蓝光滤光片，仅允许与发射端发射的复合图案化光束穿过以在黑白图像传感器220上成像得到包括编码图像和多线图像的复合图，从而过滤杂散光。

需要说明的是，本申请内容中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本申请内容中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请内容。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本申请内容中所定义的一般原理可以在不脱离本申请内容的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请内容将不会被限制于本申请内容所示的这些实施例，而是要符合与本申请内容所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (34)

1.一种三维扫描系统，其特征在于，包括：

发射端，用于向被扫描对象发射复合图案化光束，其中，所述发射端包括光源和图案调制元件，所述光源用于发射光束至所述图案调制元件，所述图案调制元件对所述光源发射的光束进行调制并向所述被扫描对象投射所述复合图案化光束，所述复合图案化光束包括多线图案和编码图案，所述编码图案对所述多线图案中包含的多根线条进行唯一性编码；

接收端，用于采集经所述被扫描对象反射的所述复合图案化光束并生成复合图，所述复合图包括多线图像以及编码图像，用于根据所述编码图像对所述多线图像进行解码，以获取所述被扫描对象的三维信息。

2.如权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，所述多线图案包括多根线条，所述多根线条为竖直方向或接近竖直方向的；其中，所述竖直方向定义为所述线条的延伸方向与所述发射端及所述接收端的基线相互垂直。

3.如权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，所述发射端还包括准直元件，设于所述光源与所述图案调制元件之间，用于准直所述光源发射的光束至所述图案调制元件。

4.如权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，所述发射端还包括准直匀光部，设于所述光源与所述图案调制元件之间，用于对所述光源发射的光束进行准直匀光并投射至所述图案调制元件。

5.如权利要求4所述的三维扫描系统，其特征在于，所述准直匀光部包括准直元件和匀光元件，其中，所述准直元件用于准直所述光源发射的光束至所述匀光元件；所述匀光元件用于对所述准直元件准直的光束进行匀光处理并向所述图案调制元件投射；所述准直元件和所述匀光元件一体化设计或独立设置。

6.如权利要求5所述的三维扫描系统，其特征在于，所述匀光元件包括复眼透镜、diffuser或微透镜中任一种或多种组合。

7.如权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，所述发射端还包括投影镜头，所述投影镜头用于准直所述图案调制元件投射的光束至所述被扫描对象。

8.如权利要求1~7任一项所述的三维扫描系统，其特征在于，当所述光源为单光源时，所述图案调制元件包括至少一片Mask或至少一片DOE。

9.如权利要求8所述的三维扫描系统，其特征在于，当所述图案调制元件为一片Mask或DOE时，所述Mask或DOE光刻有只允许所述多线图案和所述编码图案透过的图形，以使所述光源发射的光束透过所述Mask或所述DOE后得到所述复合图案化光束。

10.如权利要求8所述的三维扫描系统，其特征在于，当所述图案调制元件包括多片Mask或DOE时，各Mask或DOE上可分别被光刻只允许多线图案或编码图案透过的图形，以使所述光源发射的光束透过所述各Mask或所述各DOE后得到复合图案化光束。

11.如权利要求1~7任一项所述的三维扫描系统，其特征在于，当所述光源包括至少两个子光源时，所述至少两个子光源用于分别发射光束至所述图案调制元件，图案调制元件用于对所述至少两个子光源发射的光束进行调制并向被扫描对象投射所述多线图案和所述编码图案。

12.如权利要求11所述的三维扫描系统，其特征在于，所述至少两个子光源的波长可相同或不同，各子光源可共用一个图案调制元件或在所述各子光源出光侧分别设置图案调制元件。

13.如权利要求12所述的三维扫描系统，其特征在于，当所述至少两个子光源发射的光束波长不同时，所述发射端还包括匀光合束元件，设于所述光源与所述图案调制元件之间，用于对发射不同波长的光束进行匀光并整合至同一光路以传播至所述图案调制元件。

14.如权利要求13所述的三维扫描系统，其特征在于，所述匀光合束元件包括匀光元件和合束元件，其中，所述匀光元件用于对光源发射的光束进行匀光并准直传播至所述合束元件，所述合束元件用于将经所述匀光元件准直后的不同光源发射的光束整合至同一光路上并向所述图案调制元件投射。

15.如权利要求14所述的三维扫描系统，其特征在于，所述匀光元件包括复眼透镜、diffuser、微透镜中任一种，所述合束元件包括二向色镜或棱镜。

16.如权利要求12~15任一项所述的三维扫描系统，其特征在于，当所述至少两个子光源波长不同时，所述至少两个子光源分别为蓝光激光光源和绿光激光光源，其中，所述蓝光激光光源以用于形成蓝光多线图案，所述绿光激光光源以用于形成绿光编码图案。

17.如权利要求12所述的三维扫描系统，其特征在于，当所述至少两个子光源发射的光束波长不同时，所述发射端还包括准直匀光部，用于分别对光源发射的光束进行准直匀光并传播至所述图案调制元件。

18.如权利要求17所述的三维扫描系统，其特征在于，所述发射端还包括反射元件，设于所述准直匀光部及所述图案调制元件之间的光路上，用于将经准直匀光后的光束反射至图案调制元件，以改变发射光路实现微型化。

19.如权利要求18所述的三维扫描系统，其特征在于，所述发射端还包括合光元件，用于接收经所述图案调制元件调制后的多线图案和编码图案，并合成复合图案化光束向被扫描对象投射。

20.如权利要求19所述的三维扫描系统，其特征在于，所述发射端还包括半透半反元件，设于所述图案调制元件与所述合光元件之间，用于透过或反射经所述图案调制元件得到的多线图案或编码图案至所述合光元件。

21.如权利要求17~20任一项所述的三维扫描系统，其特征在于，当所述至少两个子光源波长不同时，所述至少两个子光源分别为波长不同的蓝光激光光源。

22.如权利要求19~20任一项所述的三维扫描系统，其特征在于，所述发射端还包括投影镜头，所述投影镜头设于所述合光元件的出光侧，所述投影镜头的像平面恰好位于所述图案调制元件的出光面上，使得所述编码图案恰好沿所述多线图案分布排列。

23.如权利要求12所述的三维扫描系统，其特征在于，当所述至少两个子光源波长相同时，所述至少两个子光源为蓝光激光光源或近红外激光光源。

24.如权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，所述接收端包括黑白图像传感器，所述黑白图像传感器用于采集经所述被扫描对象反射回的所述复合图案化光束并生成所述复合图或仅用于采集所述被扫描对象反射回的所述复合图案化光束中的多线图案并生成所述多线图像。

25.如权利要求24所述的三维扫描系统，其特征在于，所述黑白图像传感器入光侧设有滤光片，用于抑制背景光噪声，以仅使所述复合图案化光束或所述复合图案化光束中的多线图案穿过所述滤光片被所述黑白图像传感器采集。

26.如权利要求24所述的三维扫描系统，其特征在于，所述接收端还包括彩色图像传感器，所述彩色图像传感器用于采集所述被扫描对象的纹理。

27.如权利要求26所述的三维扫描系统，其特征在于，当所述黑白图像传感器仅用于采集所述被扫描对象反射回的所述复合图案化光束中的多线图案并生成多线图像时，所述彩色图像传感器还设有与发射所述编码图案的光束波长相匹配的滤光片，以使所述彩色图像传感器仅用于采集所述复合图案化光束中的编码图案。

28.如权利要求27所述的三维扫描系统，其特征在于，所述接收端还包括分光元件，用于对反射回的所述复合图案化光束进行分光以使所述多线图案和所述编码图案分别被所述黑白图像传感器和所述彩色图像传感器采集。

29.如权利要求24~28任一项所述的三维扫描系统，其特征在于，所述接收端还包括成像镜头，用于对经所述被扫描对象反射回的复合图案化光束进行聚焦以成像于图像传感器中相应的像素上。

30.如权利要求24~28任一项所述的三维扫描系统，其特征在于，所述三维扫描系统还包括照明单元，所述照明单元包括照明光源和准直元件，其中，所述照明光源发射光束至所述准直元件，并经所述准直元件准直后的光束以为所述被扫描对象提供类环境光。

31.如权利要求26~28任一项所述的三维扫描系统，其特征在于，所述三维扫描系统还包括同轴照光部，所述同轴照光部设于接收端的入光侧，用于为所述彩色图像传感器提供类环境光以使得到所述被扫描对象的清晰纹理。

32.如权利要求31所述的三维扫描系统，其特征在于，所述同轴照光部包括照光光源、准直透镜及半透半反光学元件，其中，所述照光光源发射光束至所述准直透镜并经所述准直透镜准直后至所述半透半反光学元件，部分光束经所述半透半反光学元件偏转至所述被扫描对象以对所述被扫描对象补光。

33.如权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，所述三维扫描系统还包括偏转光学元件，用于接收经所述发射端发射的光束并反射至所述被扫描对象以实现对被扫描对象的扫描，还用于接收经所述被扫描对象反射回的光束并偏转至所述接收端。

34.如权利要求33所述的三维扫描系统，其特征在于，所述偏转光学元件包括转镜、反射镜、棱镜或MEMS中任一种。