一種三維掃描裝置及三維掃描方法
2023-06-25 20:52:16
專利名稱：一種三維掃描裝置及三維掃描方法
技術領域：
本發明涉及三維信息技術領域，尤其涉及一種三維掃描裝置及三維掃描方法。
背景技術：
隨著信息和通信技術的發展，人們在生活和工作中接觸到越來越多的圖形圖像。 獲取圖像的方法包括使用各種攝像機、照相機、掃描儀等，利用這些手段通常只能得到物體 的平面圖像，即物體的二維信息。在許多領域，如機器視覺、面形檢測、實物仿形、自動加工、 產品質量控制、生物醫學等，物體的三維信息是必不可少的。因此，如何如何迅速獲取物體 的立體彩色信息並將其轉化為計算機能直接處理的三維數字模型。三維掃描儀正是實現三 維信息數位化的一種極為有效的工具，但在國外大部分工業化較發達國家，此類設備一般 用作三維檢測，與逆向工程、優化設計中，所以更長時間被叫做三維測量機。常用的三維掃描儀根據傳感方式的不同，分為接觸式和非接觸式兩種。接觸式的 採用探測頭直接接觸物體表面，通過探測頭反饋回來的光電信號轉換為數字面形信息，從 而實現對物體面形的掃描和測量。其缺點是測量費用較高、探頭易磨損、測量速度較慢； 非接觸式三維掃描儀因其接觸性，對物體表面不會有損傷，同時相比接觸式的具有速度快， 容易操作等特徵。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種三維掃描裝置及三維掃描方法。本發明採用如下技術方案一種三維掃描裝置，包括兩個圖像採集模塊、一字線雷射發射模塊、圖像處理模 塊；所述一字線雷射發射模塊用於發射一字雷射線掃描待掃描物體，所述兩個圖像採集模 塊用於同時採集所述一字線雷射發射模塊掃描下的所述待掃描物體的圖像信息，所述圖像 處理模塊用於處理所述圖像信息，得到待掃描物體的三維模型信息。所述的三維掃描裝置，所述圖像處理模塊包括二值化處理模塊、二維坐標提取及 轉換模塊和三維重建模塊，所述二值化處理模塊用於處理所述圖像信息得到二值化圖像信 息，所述二維坐標提取及轉換模塊用於提取所述二值化圖像信息中的雷射線的二維坐標， 然後轉化為該雷射線的三維坐標，最後轉換為待掃描物體的真實坐標信息；所述三維重建 模塊用於根據所述真實坐標信息構建待掃描物體的三維模型信息。一種三維掃描方法，包括以下步驟:A1，使用一字雷射線掃描待掃描物體；A2，使 用兩個圖像採集模塊同時採集所述一字線雷射發射模塊掃描下的所述待掃描物體的圖像 信息；A3，處理所述圖像信息，得到待掃描物體的三維模型信息。所述的三維掃描方法，所述步驟A3，具體執行以下操作A31，處理所述圖像信息 得到二值化圖像信息；A32，提取所述二值化圖像信息中的雷射線的二維坐標，將所述二維 坐標轉化為該雷射線的三維坐標；A33，根據所述三維坐標轉換得到待掃描物體的真實坐標 信息；A34，根據所述真實坐標信息構建待掃描物體的三維模型信息。
所述的三維掃描方法，所述步驟A31具體執行以下操作調用OpenCV的函數 cvCvtColor將原圖轉化為灰度圖，再調用cvThreshold將灰度圖進行轉化得到二值化圖像
fn息ο所述的三維掃描方法，所述步驟A32具體執行以下操作由公式
f xl =ul - imageWidth / 2
x2 = u2-imageWidth / 2 + L
yl = vl - imageHeight / 2和^ y2 = v2-imageHeight / 2 將所述二維坐標轉換為所述
zl = focalLengthV- z2 = fxalLength
三維坐標，以其中一個所述圖像採集模塊為原點建立空間坐標系，(x0，y0，z0)為待掃描物 體在該空間坐標系中的的點坐標，(xl,yl,zl)和(X2，y2，z2)分別表示所述點在所述兩個 圖像採集模塊所捕獲圖像中的坐標；imageWidth為圖片的寬度，imageHeight為圖片的高 度，focalLength為圖像採集模塊的焦距。
Kb =sXit所述的三維掃描方法，所述步驟A32具體執行以下操作由公式爿 yoaKyit t
—功= Zit
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=y2L/(xly2+ylL-x2yl)計算待掃描物體上的點的真實坐標信息，其中L為兩個圖像採集 模塊之間的距離。(1)生產成本低。目前的商業三維掃描儀的售價都在10萬元以上，難以推廣，本產 品目的之一在於用最簡單的儀器達到最高的性能。因此，本產品的生產成本相對較低。(2)操作容易。市場上的許多掃描儀都需要用戶進行自行標定，費時費力。並且軟 件也需要用戶具備一定知識才能使用。本產品的標定簡單，對環境的要求不高，並且軟體界 面十分友好簡單，用戶不需要具有專業知識也能使用。(3)攜帶方便。目前的商業三維掃描儀通常體積較大，而本產品只需要兩個攝像頭 和一個雷射筆，十分便攜。(4)掃描速度快。很多三維掃描儀的掃描時間長。本掃描儀雖然依據環境問題速 度上有些差異，不過平均時間在20秒之內。對於應用已經足夠。
圖1為由兩個攝像頭拍攝到的兩幅圖片中的坐標點求得物體上該點的坐標的原 理示意圖；圖2為本發明掃描裝置掃描方法示意圖；圖3為左攝像頭和右攝像頭分別拍攝到的圖像；圖4為在一字線雷射筆掃描下的物體在左右兩個攝像頭所得的圖像圖5為經過二值化處理後的圖像；圖6為經過三維重建得到的圖像。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施例，對本發明進行詳細說明。實施例1(1)器材兩個攝像頭，一個一字線雷射筆。(2)原理如圖1所示，以左攝像頭為空間坐標系原點建立空間坐標系。L為兩個 攝像頭間的距離，(X0，y0，z0)為空間物體某一點的坐標，圖中的兩個長方形為攝像頭捕獲 的兩幅圖像，(xl,yl,zl)和(X2，y2，z2)分別表示空間實際物體的點在左右攝像頭所捕獲 圖像中的坐標點。由數學關係可得
權利要求
一種三維掃描裝置，其特徵在於，包括兩個圖像採集模塊、一字線雷射發射模塊、圖像處理模塊；所述一字線雷射發射模塊用於發射一字雷射線掃描待掃描物體，所述兩個圖像採集模塊用於同時採集所述一字線雷射發射模塊掃描下的所述待掃描物體的圖像信息，所述圖像處理模塊用於處理所述圖像信息，得到待掃描物體的三維模型信息。
2.根據權利要求1所述的三維掃描裝置，其特徵在於，所述圖像處理模塊包括二值化 處理模塊、二維坐標提取及轉換模塊和三維重建模塊，所述二值化處理模塊用於處理所述 圖像信息得到二值化圖像信息，所述二維坐標提取及轉換模塊用於提取所述二值化圖像信 息中的雷射線的二維坐標，然後轉化為該雷射線的三維坐標，最後轉換為待掃描物體的真 實坐標信息；所述三維重建模塊用於根據所述真實坐標信息構建待掃描物體的三維模型信 肩、ο
3.—種三維掃描方法，其特徵在於，包括以下步驟A1，使用一字雷射線掃描待掃描物 體;A2，使用兩個圖像採集模塊同時採集所述一字線雷射發射模塊掃描下的所述待掃描物 體的圖像信息；A3，處理所述圖像信息，得到待掃描物體的三維模型信息。
4.根據權利要求3所述的三維掃描方法，其特徵在於，所述步驟A3，具體執行以下操 作A31，處理所述圖像信息得到二值化圖像信息；A32，提取所述二值化圖像信息中的雷射 線的二維坐標，將所述二維坐標轉化為該雷射線的三維坐標；A33，根據所述三維坐標轉換 得到待掃描物體的真實坐標信息；A34，根據所述真實坐標信息構建待掃描物體的三維模型 fn息ο
5.根據權利要求3所述的三維掃描方法，其特徵在於，所述步驟A31具體執行以下操 作調用OpenCV的函數cvCvtColor將原圖轉化為灰度圖，再調用cvThreshold將灰度圖進 行轉化得到二值化圖像信息。
6.根據權利要求3所述的三維掃描方法，其特徵在於，所述步驟A32具體執行以下操 -xl = ul - imageWidth / 2 廣 x2 = u2 - imageWidth / 2 + L作由公式^yl = vl - imageHeight / 2 禾口v. zl = focalLengthy2 = v2-imageHeight / 2 將所述二維坐標z2 = focalLength轉換為所述三維坐標，以其中一個所述圖像採集模塊為原點建立空間坐標系，(x0,y0,z0)為 待掃描物體在該空間坐標系中的的點坐標，(Xl，I1, Z1)和(x2，y2, Z2)分別表示所述點在所 述兩個圖像採集模塊所捕獲圖像中的坐標；imageWidth為圖片的寬度，imageHeight為圖 片的高度，focalLength為圖像採集模塊的焦距。
7.根據權利要求3所述的三維掃描方法，其特徵在於，所述步驟A32具體執行以下操 廣 Ko =Xit作由公式i y = ^ t = Y2IV(XiyJy1L-Xj1)計算待掃描物體上的點的真實坐標信 息，其中L為兩個圖像採集模塊之間的距離。
全文摘要
本發明公開了一種三維掃描裝置，包括兩個圖像採集模塊、一字線雷射發射模塊、圖像處理模塊；所述一字線雷射發射模塊用於發射一字雷射線掃描待掃描物體，所述兩個圖像採集模塊用於同時採集所述一字線雷射發射模塊掃描下的所述待掃描物體的圖像信息，所述圖像處理模塊用於處理所述圖像信息，得到待掃描物體的三維模型信息。還公開了一種三維掃描方法。本發明的三維掃描裝置生產成本低、操作容易、攜帶方便、掃描速度快。
文檔編號H04N1/405GK101969523SQ20101051328
公開日2011年2月9日 申請日期2010年10月21日 優先權日2010年10月21日
發明者呂之華, 張志毅, 王漫 申請人:西北農林科技大學