采用閃爍方式投影的手持激光三維掃描儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種手持激光三維掃描儀。
【背景技術(shù)】
[0002]手持激光三維掃描技術(shù)以其抗干擾能力強、檢測精度高、使用簡便等優(yōu)點逐步被用在各種工業(yè)、考古、醫(yī)療、教學(xué)等領(lǐng)域。相比白光投影原理的三維掃描儀，激光三維掃描儀可以從每一組同步幀圖像中提取物體表面特征計算得到被掃描物體的一部分表面點云，以及由于激光投影的光強更大因而允許捕捉其圖像的攝像頭可以以不產(chǎn)生運動模糊的快門時間進(jìn)行曝光，因此更能適合用手持的方式在不斷連續(xù)移動的狀態(tài)下進(jìn)行掃描。另外，由于激光的波段的單一性，通過在攝像頭前加裝帶通濾光鏡可以很大程度上去除環(huán)境光線對其掃描過程的影響，使其適用于室外自然光環(huán)境下的物體表面輪廓的三維掃描。
[0003]由于一個激光投影器投射的圖案中如果存在投射的激光線條交叉的情況，則在兩幅同步圖像進(jìn)行匹配得到激光點的過程中會出現(xiàn)多義性而需要進(jìn)行校驗，增加出錯的概率，導(dǎo)致無法得到被掃描物體表面精確的三維點云數(shù)據(jù)。因此用于手持三維掃描的激光投影器投射的圖案一般是多條不交叉的近似于平行的激光線條，掃描時，這種激光線條組會有一定的概率投射到被掃描物體表面的標(biāo)記點上，而標(biāo)記點一旦有激光投影線條經(jīng)過，則會破壞掃描儀獲得圖像中的標(biāo)記點圖案的完整性，從而導(dǎo)致標(biāo)記點識別精度急劇降低，甚至無法識別，因此這種情況下被激光線投射經(jīng)過的標(biāo)記點通常被舍棄而不參與計算。如果儀器視野內(nèi)有效的標(biāo)記點少于3個，則無法完成儀器的自定位，也就無法獲取此時的被掃描物體的輪廓點云。用戶需要反復(fù)調(diào)整掃描儀與被掃描物體的相對位置方向進(jìn)行補充掃描，導(dǎo)致掃描效率的降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服已有三維掃描儀的出錯概率較大、掃描效率較低的不足，本實用新型提供了一種有效降低出錯概率、提升掃描效率的采用閃爍方式投影的手持激光三維掃描儀。
[0005]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種采用閃爍方式投影的手持激光三維掃描儀，包括兩個及以上用于圖像采集的攝像頭、兩個及以上用于進(jìn)行激光圖案投影的激光投影器以及用以控制所述攝像頭和激光投影器工作的控制器，所述控制器包括用以按照曝光觸發(fā)周期控制攝像頭工作的攝像頭控制模塊，所述控制器還包括用于當(dāng)攝像頭連續(xù)兩次曝光周期中，相對于前一次曝光周期啟動的其中一個激光投影器，后一次啟動另一個激光投影器的交替閃爍方式投影控制模塊，所述交替閃爍方式投影控制模塊與開關(guān)電路連接，所述開關(guān)電路與所述激光投影器連接。
[0007]進(jìn)一步，所述交替閃爍方式投影控制模塊還包括用于控制兩個及以上激光投影器循環(huán)交替啟動的循環(huán)交替子單元。
[0008]再進(jìn)一步，所述手持激光三維掃描儀還包括與攝像頭配對的用于照亮目標(biāo)物體表面特征點的補光光源，所述控制器包括用以按照閃爍觸發(fā)周期控制補光光源工作的補光控制模塊，所述補光控制模塊與驅(qū)動電路連接，所述驅(qū)動電路與所述補光光源連接。
[0009]本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在:有效降低出錯概率、提升掃描效率。
【附圖說明】
[0010]圖1是閃爍方式投影的手持激光三維掃描儀連續(xù)兩個周期的工作狀態(tài)示意圖，其中，(a)為tl周期，(b)為t2周期。
[0011]圖2是閃爍方式投影的手持激光三維掃描儀連續(xù)兩個周期的激光投影示意圖，其中(a)是tl周期的投影結(jié)果，(b)是t2周期的投影結(jié)果。
[0012]圖3是手持激光三維掃描儀的控制原理圖。
[0013]圖4是觸發(fā)時序的不意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步描述。
[0015]參照圖1?圖4，一種采用閃爍方式投影的手持激光三維掃描儀，包括兩個及以上用于圖像采集的攝像頭、兩個及以上用于進(jìn)行激光圖案投影的激光投影器以及用以控制所述攝像頭和激光投影器工作的控制器，所述控制器包括用以按照曝光觸發(fā)周期控制攝像頭工作的攝像頭控制模塊，所述控制器還包括用于當(dāng)攝像頭連續(xù)兩次曝光周期中，相對于前一次曝光周期啟動的其中一個激光投影器，后一次啟動另一個激光投影器的交替閃爍方式投影控制模塊，所述交替閃爍方式投影控制模塊與開關(guān)電路連接，所述開關(guān)電路與所述激光投影器連接。
[0016]進(jìn)一步，所述交替閃爍方式投影控制模塊還包括用于控制兩個及以上激光投影器循環(huán)交替啟動的循環(huán)交替子單元。
[0017]再進(jìn)一步，所述手持激光三維掃描儀還包括與攝像頭配對的用于照亮目標(biāo)物體表面特征點的補光光源，所述控制器包括用以按照閃爍觸發(fā)周期控制補光光源工作的補光控制模塊，所述補光控制模塊與驅(qū)動電路連接，所述驅(qū)動電路與所述補光光源連接。
[0018]本發(fā)明所述的手持激光三維掃描儀提供了一種可以將多個激光投影器在連續(xù)的相同個數(shù)的攝像頭曝光周期中進(jìn)行依次循環(huán)投影的方案，即避免了出現(xiàn)交叉線條的激光投影圖像又保證了掃描的效率。如圖4所示，在攝像頭的第一個曝光周期時，1#激光器進(jìn)行觸發(fā)開啟，攝像頭得到第一幅激光投影圖像，在攝像頭的第二個曝光周期時，2#激光器進(jìn)行觸發(fā)開啟，攝像頭得到第二幅激光投影圖像，在攝像頭的第三個曝光周期時，3#激光器進(jìn)行觸發(fā)開啟，攝像頭得到第三幅激光投影圖像，在攝像頭的第四個曝光周期時，1#激光器重新觸發(fā)開啟，攝像頭得到第四幅激光投影圖像，以此次序循環(huán)。
[0019]以手持激光三維掃描儀包含兩個激光投影器，每個激光投影器投射三條近視并行的線狀激光為例，如圖2所示，tl和t2為攝像頭的連續(xù)兩次曝光觸發(fā)周期，1#激光投影器在tl周期觸發(fā)啟動，2#激光投影器在t2周期觸發(fā)啟動，然后1#激光投影器再次啟動，如此循環(huán)，兩個激光投影器交替觸發(fā)啟動，在攝像頭采集的任意一幀圖像中均只有一個激光投影器投射的三條同向的線狀激光，而連續(xù)掃描的效果等同于兩個激光投影器同時投射到目標(biāo)物體表面。在攝像頭獲得的圖像中，當(dāng)激光線經(jīng)過貼在目標(biāo)物體表面的標(biāo)記點時，會導(dǎo)致無法對標(biāo)記點的邊緣進(jìn)行精確提取，從而無法確定標(biāo)記點的中心位置。一般在保證精度的手持激光三維掃描儀的掃描處理過程中，如果圖像中的激光線經(jīng)過標(biāo)記點就將該標(biāo)記點排除，不參與計算。但如果掃描視野中的有效標(biāo)記點少于三個時，儀器的空間位置就無法被求出，也就無法計算投射在目標(biāo)物體表面的激光輪廓線的點云坐標(biāo)。如圖2(a)所示，三條線狀激光經(jīng)過掃描儀視野范圍內(nèi)的4個標(biāo)記點，只剩一個標(biāo)記點有效，因此無法求出儀器的當(dāng)前空間位置和激光輪廓線的三維點云坐標(biāo)；圖2(b)顯示不同角度的線狀激光掃描同一區(qū)域時的情況，只有一個標(biāo)記點被激光線經(jīng)過，通過剩余的4個有效標(biāo)記點可以精確的計算出儀器的位置和激光輪廓線的三維點云坐標(biāo)。由于標(biāo)記點在物體表面呈非規(guī)則分布，因此用不同角度的激光投影圖案，比如不同方向的多組線狀激光，每組中的各條激光線近似平行，可以減少由于視野中多數(shù)標(biāo)記點被激光投影經(jīng)過而導(dǎo)致無法掃描出目標(biāo)物體表面該區(qū)域的輪廓三維點的概率。
[0020]以兩個攝像頭及三個激光投影器組成的手持激光三維掃描儀為例，由于補光光源與攝像頭一一對應(yīng)，因此補光光源也為兩個，如圖3所示?？刂破魍ㄟ^信號隔離電路與同時與兩路攝像頭的曝光觸發(fā)接口連接，控制兩路攝像頭進(jìn)行同步曝光；通過兩個LED恒流驅(qū)動電路與高亮LED補光光源連接，控制其按設(shè)定的頻率和開啟時間進(jìn)行閃爍；通過三個MOS管分別控制三個激光投影器以設(shè)定的頻率和開啟時間進(jìn)行激光圖案投影。
【主權(quán)項】
1.一種采用閃爍方式投影的手持激光三維掃描儀，包括兩個及以上用于圖像采集的攝像頭、兩個及以上用于進(jìn)行激光圖案投影的激光投影器以及用以控制所述攝像頭和激光投影器工作的控制器，所述控制器包括用以按照曝光觸發(fā)周期控制攝像頭工作的攝像頭控制模塊，其特征在于:所述控制器還包括用于當(dāng)攝像頭連續(xù)兩次曝光周期中，相對于前一次曝光周期啟動的其中一個激光投影器，后一次啟動另一個激光投影器的交替閃爍方式投影控制模塊，所述交替閃爍方式投影控制模塊與開關(guān)電路連接，所述開關(guān)電路與所述激光投影器連接。2.如權(quán)利要求1所述的采用閃爍方式投影的手持激光三維掃描儀，其特征在于:所述交替閃爍方式投影控制模塊還包括用于控制兩個及以上激光投影器循環(huán)交替啟動的循環(huán)交替子單元。3.如權(quán)利要求1或2所述的采用閃爍方式投影的手持激光三維掃描儀，其特征在于:所述手持激光三維掃描儀還包括與攝像頭配對的用于照亮目標(biāo)物體表面特征點的補光光源，所述控制器包括用以按照閃爍觸發(fā)周期控制補光光源工作的補光控制模塊，所述補光控制模塊與驅(qū)動電路連接，所述驅(qū)動電路與所述補光光源連接。
【專利摘要】一種采用閃爍方式投影的手持激光三維掃描儀，包括兩個及以上用于圖像采集的攝像頭、兩個及以上用于進(jìn)行激光圖案投影的激光投影器以及用以控制所述攝像頭和激光投影器工作的控制器，所述控制器包括用以按照曝光觸發(fā)周期控制攝像頭工作的攝像頭控制模塊，其特征在于：所述控制器還包括用于當(dāng)攝像頭連續(xù)兩次曝光周期中，相對于前一次曝光周期啟動的其中一個激光投影器，后一次啟動另一個激光投影器的交替閃爍方式投影控制模塊，所述交替閃爍方式投影控制模塊與開關(guān)電路連接，所述開關(guān)電路與所述激光投影器連接。本實用新型提供了一種有效降低出錯概率、提升掃描效率的采用閃爍方式投影的手持激光三維掃描儀。
【IPC分類】G01B11/00
【公開號】CN204944431
【申請?zhí)枴緾N201520603250
【發(fā)明人】鄭俊, 方樂, 陳尚儉
【申請人】杭州思看科技有限公司
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年8月12日