基于衰減光的三維掃描裝置及三維掃描方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及三維信息技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種三維掃描裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息通信技術(shù)的發(fā)展，獲取圖像的方法不僅僅限于使用各種攝像機(jī)、照相機(jī)等只能得到物體的平面圖像，即物體的二維信息的圖像掃描手段。在許多領(lǐng)域，需要獲得物體的三維信息。三維掃描用于創(chuàng)建物體幾何表面，是實(shí)現(xiàn)三維信息數(shù)字化的一種極為有效的工具。三維掃描的掃描點(diǎn)可用來插補(bǔ)成物體的表面形狀，越密集的點(diǎn)越可以創(chuàng)建更精確的模型。三維掃描儀可模擬為照相機(jī)，它們的視線范圍都體現(xiàn)圓錐狀，信息的搜集皆限定在一定的范圍內(nèi)。兩者不同之處在于相機(jī)所抓取的是顏色信息，而三維掃描儀測量的是距離。
[0003]三維掃描屬于非接觸式測量，主要分兩類。一類是被動(dòng)方式，就是不需要特定的光源，完全依靠物體所處的自然光條件進(jìn)行掃描，常采用雙目技術(shù)，但是精度低，只能掃描出有幾何特征的物體，不能滿足很多領(lǐng)域的要求。另一類是主動(dòng)方式，就是向物體投射特定的光，其中代表技術(shù)為激光線式的掃描，精度比較高，但是由于每次只能投射一條光線，所以掃描速度慢。
[0004]因此，有必要提供一種能夠尚速、尚精度進(jìn)彳丁二維掃描的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種掃描速度快、精度高且結(jié)構(gòu)簡便的基于衰減光的三維掃描裝置和三維掃描方法。
[0006]為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種基于衰減光的三維掃描裝置，包括多個(gè)激光光源，發(fā)出多束水平的特定波長的激光；CM0S圖像傳感器，其對(duì)所述特定波長的激光感光；波長濾鏡，設(shè)置于所述CMOS圖像傳感器和被測物體之間，用于僅使所述特定波長的激光到達(dá)所述CMOS圖像傳感器；衰減腔體，容納所述被測物體并填充介質(zhì)以使所述特定波長的激光發(fā)生衰減；測量單元，用于檢測各所述激光到達(dá)所述被測物體表面時(shí)的衰減激光功率；以及處理單元，根據(jù)各所述激光光源的二維坐標(biāo)信息、各所述激光進(jìn)入所述衰減腔體的初始激光功率、所述測量單元所獲得的各所述激光的衰減激光功率，和所述介質(zhì)的衰減系數(shù)計(jì)算所述被測物體的三維輪廓信息。
[0007]優(yōu)選的，所述三維掃描裝置還包括一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，使所述被測物體繞其豎直方向的軸線旋轉(zhuǎn)或繞其水平方向的軸線翻轉(zhuǎn)一定角度。
[0008]優(yōu)選的，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使所述被測物體旋轉(zhuǎn)或翻轉(zhuǎn)90度。
[0009]優(yōu)選的，所述處理單元根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)和/或翻轉(zhuǎn)所述被測物體之前及之后分別得到的三維輪廓信息得到所述被測物體的完整三維輪廓信息。
[0010]優(yōu)選的，所述多個(gè)激光光源成均勻點(diǎn)陣分布于所述衰減腔體處。
[0011]優(yōu)選的，所述多個(gè)激光光源成均勻點(diǎn)陣分布于距離所述衰減腔體預(yù)設(shè)距離處，各所述激光進(jìn)入所述衰減腔體的初始激光功率由所述測量單元測量得到。
[0012]優(yōu)選的，所述多個(gè)激光光源的二維坐標(biāo)信息由所述處理單元根據(jù)所述CMOS圖像傳感器所擷取的影像獲得。
[0013]本發(fā)明還提供了一種基于衰減光的三維掃描方法，包括以下步驟:
[0014]S1:將被測物體放置于填充有使特定波長的激光發(fā)生衰減的介質(zhì)的衰減腔體內(nèi)；
[0015]S2:通過多個(gè)激光光源發(fā)出多束水平的所述特定波長的激光；
[0016]S3:檢測各所述激光到達(dá)所述被測物體表面時(shí)的衰減激光功率；
[0017]S4:根據(jù)各所述激光光源的二維坐標(biāo)信息、各所述激光進(jìn)入所述衰減腔體的初始激光功率、各所述激光到達(dá)所述被測物體表面時(shí)的衰減激光功率，和所述介質(zhì)的衰減系數(shù)計(jì)算所述被測物體的三維輪廓信息。
[0018]優(yōu)選的，所述三維掃描方法還包括:
[0019]將所述被測物體繞其豎直方向軸線旋轉(zhuǎn)或繞其水平方向軸線翻轉(zhuǎn)一定角度；
[0020]再次執(zhí)行步驟S2至S4，獲得所述被測物體被旋轉(zhuǎn)或翻轉(zhuǎn)后的三維輪廓信息；
[0021]根據(jù)所述被測物體旋轉(zhuǎn)和/或翻轉(zhuǎn)前后分別得到的所述三維輪廓信息，獲得所述被測物體的完整三維輪廓信息。
[0022]優(yōu)選地，所述多個(gè)激光光源的二維坐標(biāo)信息根據(jù)對(duì)所述特定波長的激光感光的CMOS圖像傳感器所擷取的影像獲得。
[0023]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的基于衰減光的三維掃描裝置采用非接觸結(jié)構(gòu)光式掃描技術(shù)，利用光的衰減特性，捕捉被照物體輪廓信息與景深，形成被照物體表面三維圖像，具有速度快、精度高，且結(jié)構(gòu)簡便的優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0024]圖1所示為本發(fā)明一實(shí)施例的三維掃描裝置的示意圖；
[0025]圖2所示為本發(fā)明一實(shí)施例的三維掃描裝置掃描時(shí)在一掃描平面上形成的影像圖；
[0026]圖3所示為本發(fā)明一實(shí)施例的基于衰減光的三維掃描方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0028]以下將結(jié)合圖1與圖2對(duì)本發(fā)明一實(shí)施例的三維掃描裝置加以說明。請(qǐng)參照?qǐng)D1，本發(fā)明的基于衰減光的三維掃描裝置包括多個(gè)激光光源10，CMOS圖像傳感器20，波長濾鏡30，衰減腔體40，測量單元50和處理單元60。如圖所示，激光光源10的每個(gè)激光光源將產(chǎn)生一束水平的的特定波長激光光束，每一光束的直徑非常小，可以達(dá)到毫米級(jí)及以下。常見的激光光源可以分為以下幾種:氬氟激光(紫外光)λ = 193nm ;氪氟激光(紫外光)λ =248氙氯激光(紫外光)λ = 308nm ;氮激光(紫外光)λ = 337nm ;氬激光(藍(lán)光)λ =488nm ;氬激光(綠光)λ = 514nm ;氦氖激光(綠光)λ = 543nm ;氦氖激光(紅光)λ =633nm ;羅丹明 6G 染料(可調(diào)光)λ = 570_650nm ;紅寶石(CrA103)(紅光)λ = 694nm ；釹-乾招石植石(近紅外光)λ = 1064nm ;二氧化碳(遠(yuǎn)紅外光)λ = 10600nm等。本實(shí)施例中，具有特定波長λ的激光采用單色光，也就是說，例如對(duì)于氮激光來說，發(fā)出的光是具有337nm準(zhǔn)確波長的水平單色光。
[0029]在本實(shí)施例中，激光光源10發(fā)出多束水平的特定波長激光，優(yōu)選的，這些激光光源成均勻點(diǎn)陣分布，由此當(dāng)激光照射在被測物體上時(shí)能夠?qū)Ρ粶y物體的表面進(jìn)行均勻地掃描。激光光源的數(shù)量可根據(jù)衰減腔體40的入射面積進(jìn)行選取。
[0030]為了實(shí)現(xiàn)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象三維輪廓的功能，本發(fā)明的三維掃描裝置設(shè)置了 CMOS圖像傳感器20和波長濾鏡30。CMOS圖像傳感器20可識(shí)別特定波長的激光。波長濾鏡30設(shè)置于CMOS圖像傳感器20和被測物體之間且其與CMOS圖像傳感器20的連線為水平，用于僅使特定波長的激光到達(dá)CMOS圖像傳感器20被其識(shí)別。處理單元60與CMOS圖像傳感器20相連，從CMOS圖像傳感器20所擷取的影像信息得到每一束激光在被測物體表面的二維(X，y)坐標(biāo)信息。
[0031]另一方面，被測物體被容納在衰減腔體40中。衰減腔體具有如下特性，當(dāng)激光射入衰減腔體內(nèi)，隨著光線在腔體內(nèi)部的入射距離越深入，被衰減程度越強(qiáng)。具體的，衰減腔體40內(nèi)均勾填充特定的介質(zhì)使特定波長的激光發(fā)生衰減，而通過測量單元50能夠檢測每一束到達(dá)被測物體表面的激光的衰減激光功率。處理單元60同時(shí)還與測量單元50相連，其根據(jù)各激光進(jìn)入衰減腔體的初始激光功率、各激光在被測物體表面的衰減激光功率，以及衰減腔體內(nèi)填充介質(zhì)的衰減系數(shù)來計(jì)算出被測物體的深度信息，再根據(jù)先前得到的各個(gè)激光光源的二維坐標(biāo)信息結(jié)合被測物體的深度信息就能夠計(jì)算出三維輪廓信