一種基于線激光掃描的多視角三維成像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器視覺檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于線激光掃描的多視角三維成像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]三維重建是機(jī)器視覺檢測(cè)領(lǐng)域的重要研宄方向。三維重建就是利用三維成像儀采集物體表面的三維信息，利用計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)視覺、圖形學(xué)等技術(shù)將整個(gè)物體的模型信息在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行重構(gòu)、編輯、渲染、造型等。三維成像儀在物體表面探傷，實(shí)物模型重建，逆向工程，游戲動(dòng)漫等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。
[0003]三維成像儀的原理有多種，例如多目攝像頭檢測(cè)法、高速激光雷達(dá)掃描法等，但是此類型的三維成像儀普遍價(jià)格昂貴且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。三維成像儀器分為接觸式和非接觸式兩種，接觸式三維成像儀器受具體安裝條件的影響，具有很大的局限性，且儀器安裝過程復(fù)雜，不便于實(shí)際操作。非接觸式光學(xué)三維成像方法得到了廣泛應(yīng)用，但是現(xiàn)有的大部分激光三維掃描成像儀器只是單獨(dú)獲取一個(gè)正對(duì)面的三維信息，無法獲得物體的多視角三維圖像。
[0004]因此，開發(fā)一種能多視角的三維成像裝置，從而獲得物體的多視角三維圖像已成為急需解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有三維成像儀價(jià)格昂貴，精度較低，只能實(shí)現(xiàn)單一視角成像的不足，提供了一種基于線激光掃描的多視角三維成像裝置，采用多次掃描合成的方法實(shí)現(xiàn)多角度三維成像功能。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:提供一種基于線激光掃描的多視角三維成像裝置，該裝置包括固定平臺(tái)、可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、主控單元及三維激光掃描器，主控單元、三維激光掃描器分別固定在固定平臺(tái)上，固定平臺(tái)上設(shè)置滑動(dòng)軌道，可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)在滑動(dòng)軌道上滑動(dòng)，滑動(dòng)軌道用于調(diào)節(jié)可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)與三維激光掃描器之間的距離，待測(cè)物體放置在可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上；三維激光掃描器用于獲取待測(cè)物體的圖像；主控單元用于對(duì)三維激光掃描器和可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)進(jìn)行控制，并與上位機(jī)通信。
[0007]按上述技術(shù)方案，三維激光掃描器包括線狀紅外激光器、紅外攝像頭、CXD攝像頭，線狀紅外激光器、紅外攝像頭、CCD攝像頭分別固定在三維激光掃描器支撐平臺(tái)的兩端和中部，三維激光掃描器支撐平臺(tái)通過第二步進(jìn)電機(jī)固定在固定平臺(tái)上，線狀紅外激光器作為光源向待測(cè)物體照射，紅外攝像頭、CCD攝像頭用于獲取線狀紅外激光器照射下待測(cè)物體的圖像。
[0008]按上述技術(shù)方案，可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)由機(jī)械圓盤平臺(tái)和第一步進(jìn)電機(jī)組成，由第一步進(jìn)電機(jī)控制機(jī)械圓盤平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)角度；主控單元包括微控制器、紅外攝像頭圖像采集電路、CCD攝像頭圖像采集電路、線狀紅外激光器驅(qū)動(dòng)電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、USB通信單元；紅外攝像頭圖像采集電路、CCD攝像頭圖像采集電路、線狀紅外激光器驅(qū)動(dòng)電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路分別與微控制器連接；紅外攝像頭圖像采集電路與紅外攝像頭連接并采集待測(cè)物體的二值化圖像，CCD攝像頭圖像采集電路與CCD攝像頭連接并采集待測(cè)物體的二維彩色圖像，CXD攝像頭上設(shè)置第一 USB接口，線狀紅外激光器驅(qū)動(dòng)電路與線狀紅外激光器連接并用于驅(qū)動(dòng)線狀紅外激光器，采用可調(diào)功率電阻的方式調(diào)節(jié)線狀紅外激光器的功率，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路與第一步進(jìn)電機(jī)連接并用于驅(qū)動(dòng)第一步進(jìn)電機(jī)；USB通信單元由微控制器上設(shè)置的第二 USB接口以及CXD攝像頭的第一 USB接口組成。當(dāng)?shù)谝徊竭M(jìn)電機(jī)在一個(gè)固定角度時(shí)，可獲得該線狀紅外激光器所照射的一條線上的所有點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)，再通過高精度第一步進(jìn)電機(jī)的掃描配合，可獲取整個(gè)面的距離數(shù)據(jù)。
[0009]按上述技術(shù)方案，還包括光電編碼器，固定在第一步進(jìn)電機(jī)上，光電編碼器的信號(hào)輸出端與微控制器連接。光電編碼器的輸出信號(hào)由微控制器采集，光電編碼器用以反饋第一步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)方向信息，在閉環(huán)控制條件下對(duì)機(jī)械圓盤平臺(tái)實(shí)現(xiàn)高精度的位置控制。
[0010]按上述技術(shù)方案，紅外攝像頭圖像采集電路采用硬件二值化方法實(shí)現(xiàn)了待測(cè)物體灰度圖像的高速采集，紅外攝像頭圖像采集電路包括同步信號(hào)分離模塊和硬件二值化模塊，硬件二值化模塊采用TLV3501高速比較器，同步信號(hào)分離模塊采用LM1881，紅外攝像頭圖像采集電路將紅外攝像頭所攝的模擬視頻信號(hào)進(jìn)行硬件處理獲取場(chǎng)同步信號(hào)、行同步信號(hào)以及每行的二值化信號(hào)，微控制器通過紅外攝像頭圖像采集電路獲取紅外攝像頭的二值化圖像。
[0011]按上述技術(shù)方案，微控制器采用Cortex-M4內(nèi)核芯片STM32F407。上位機(jī)通過STM32系列微控制器的第二 USB接口獲得微控制器中存儲(chǔ)的待測(cè)物體的二值化圖像，通過CXD攝像頭的第一 USB接口獲取待測(cè)物體的二維彩色圖像，同時(shí)上位機(jī)還通過STM32系列微控制器的第二 USB接口給微控制器發(fā)送控制命令。
[0012]按上述技術(shù)方案，可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)為3mm厚的圓柱形鋁塊，上表面每隔120°設(shè)置I個(gè)固定角度標(biāo)記，共有3個(gè)固定角度標(biāo)記，分別為0°、120°、240°，圓柱形鋁塊的上表面中心向下設(shè)置第一步進(jìn)電機(jī)安裝孔。
[0013]按上述技術(shù)方案，線狀紅外激光器的輸出波長(zhǎng)為830nm，功率為200mW ;紅外攝像頭中的紅外線濾光片采用中心截止頻率為830nm窄帶濾光片代替。改裝之后得到的紅外攝像頭對(duì)830nm紅外激光具有最高的透光率，其它波長(zhǎng)的光線得到抑制。
[0014]按上述技術(shù)方案，可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)有鎖死旋鈕，用于將可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)固定在滑動(dòng)軌道上。目的是根據(jù)待測(cè)物體的大小選擇可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的合適位置。
[0015]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:1、本發(fā)明裝置采用多視角掃描方式，設(shè)計(jì)高精度的可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，選取三個(gè)固定角度對(duì)待測(cè)物進(jìn)行三維掃描，在獲取每個(gè)角度的精度三維圖片的前提下，通過上位機(jī)軟件算法合成一個(gè)多視角的立體三維重建。
[0016]2、本發(fā)明裝置采用線激光三角激光掃描原理對(duì)待測(cè)物表面進(jìn)行三維掃描，采用高速硬件二值化的圖像采集方法，將視頻圖像的奇偶場(chǎng)分離，并單獨(dú)進(jìn)行采集存儲(chǔ)，在滿足系統(tǒng)對(duì)圖像分辨率要求的前提下，使30幀/秒的圖像采集速度提升到60幀每秒，從而使系統(tǒng)的掃描速提升一倍。并且使用線激光取代單點(diǎn)激光作為激光掃描的光源，大大降低了整體掃描的工作量，減少了掃描時(shí)間，提高了成像儀的效率。
[0017]3、本發(fā)明裝置采用830nm的不可見線狀激光器，功率為200mW，接收的紅外攝像頭采用相對(duì)應(yīng)的830nm窄帶濾光片，濾除其他波長(zhǎng)的光線，可有效的防止環(huán)境光對(duì)測(cè)量的干擾。
[0018]4、本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)潔，成本低廉。
【附圖說明】
[0019]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
圖1為本發(fā)明實(shí)施例多視角三維成像裝置結(jié)構(gòu)框圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例多視角三維成像裝置中主控單元結(jié)構(gòu)框圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例多視角三維成像裝置中三維激光掃描器示意圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例多視角三維成像裝置中紅外攝像頭圖像采集電路結(jié)構(gòu)框圖；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例多視角三維成像裝置中線狀紅外激光驅(qū)動(dòng)電路原理圖；
圖6為本發(fā)明實(shí)施例多視角三維成像裝置中步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖；
圖7為本發(fā)明實(shí)施例中三維激光掃描器獲取單視角三維圖像示意圖；
圖8為本發(fā)明實(shí)施例多視角三維成像裝置的工作流程圖；
圖9為本發(fā)明實(shí)施例多視角三維成像裝置安裝結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7、圖9中附圖標(biāo)記如下:1_主控單元，2-第二步進(jìn)電機(jī)，3-三維激