專利名稱：用黑白相機(jī)獲取彩色圖像的三維掃描儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種彩色三維掃描儀，尤其涉及一種僅用黑白相機(jī)即可獲得彩色三維圖像的三維掃描儀。
背景技術(shù)：
三維掃描是集光、機(jī)、電和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高新技術(shù)，主要用于對(duì)被掃描物體空間外形和結(jié)構(gòu)及色彩進(jìn)行掃描，以獲得該物體表面的空間坐標(biāo)。它的重要意義在于能夠?qū)?shí)際物體的立體信息轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能直接處理的數(shù)字信號(hào)，為物體數(shù)字化提供了相當(dāng)方便快捷的手段。利用三維掃描技術(shù)制備的三維掃描儀(3D Scanner)作為一種快速的立體測(cè)量設(shè)備，因其測(cè)量速度快、精度高，非接觸，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，而成為將物體三維建模的重 要工具，得到越來越廣泛的應(yīng)用。譬如，用三維掃描儀對(duì)手板、樣品、模型等被掃描物體進(jìn)行掃描，可以得到該物體立體尺寸數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能直接與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD ComputerAided Design)或計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM :Computer Aided Making)軟件接口，在CAD系統(tǒng)中可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整、修補(bǔ)、再送到加工中心或快速成型設(shè)備上制造，可以極大的縮短產(chǎn)品制造周期。一般的三維掃描儀采用投射條紋到物體表面，再用黑白相機(jī)采集圖像，通過計(jì)算條紋在物體表面的變形，從而獲得的物體三維輪廓信息?，F(xiàn)實(shí)中要求測(cè)量的物體大多是彩色的，如一些彩色的文物，不僅要求能準(zhǔn)確獲取物體的三維輪廓信息，而且希望保留盡可能真實(shí)的表面顏色紋理信息?，F(xiàn)有的獲取彩色紋理的方法有二種一種是把一般三維掃描儀的相機(jī)改為彩色相機(jī)，這樣會(huì)增加噪聲，使得數(shù)據(jù)質(zhì)量變差。另一種獲得彩色信息的辦法是，通過在一般的掃描儀上額外增加了一個(gè)彩色相機(jī)，如單反相機(jī)。這樣保證輪廓信息和較好的顏色紋理效果。然而，卻增加了不少成本。

實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，有必要提供一種能夠用黑白相機(jī)獲取彩色圖像的三維掃描儀，以解決現(xiàn)有彩色三維掃描儀成本較高的問題。本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的一種三維掃描儀，其包括主機(jī)以及與所述主機(jī)電性連接的投影儀、至少一個(gè)黑白相機(jī)。所述至少一個(gè)黑白相機(jī)與所述主機(jī)電性連接。進(jìn)一步地，所述三維掃描儀還包括一個(gè)控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)與所述投影儀、所述黑白相機(jī)、所述主機(jī)電性連接。進(jìn)一步地，所述三維掃描儀僅包括一個(gè)黑白相機(jī)，所述黑白相機(jī)相對(duì)被掃描物體可移動(dòng)設(shè)置。 進(jìn)一步地，所述三維掃描儀包括多個(gè)黑白相機(jī)，所述多個(gè)黑白相機(jī)相對(duì)被掃描物體位置固定，且與所述被掃描物體存在多個(gè)預(yù)定角度。[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的三維掃描儀中，通過采用黑白相機(jī)分別獲取被掃描物體被紅、綠、藍(lán)三色光投射時(shí)的圖像，從而能夠得到被掃描物體上的顏色信息，便于后續(xù)處理得到被掃描物體的彩色圖像，該彩色圖像質(zhì)量較好，顏色信息真實(shí)準(zhǔn)確，能夠在后續(xù)三維建模中得到真實(shí)準(zhǔn)確的立體彩色模型，大大降低了設(shè)備成本。上述說明僅是本實(shí)用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實(shí)用新型的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本實(shí)用新型的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。
以下結(jié)合附圖描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，其中圖I是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種三維掃描儀的示意圖；及圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種三維掃描儀的掃描方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
以下基于附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅作為實(shí)施例，并不用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。請(qǐng)參閱

圖1，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的三維掃描儀100包括主機(jī)、投影儀10及至少一個(gè)黑白相機(jī)20。所述投影儀10、黑白相機(jī)20均與主機(jī)電性連接。所述投影儀10能夠在主機(jī)的控制下向被掃描物體200分時(shí)投射紅、綠、藍(lán)三種單色光。為使所述影儀10能錯(cuò)時(shí)投射出紅、綠、藍(lán)三種單色光，所述投影儀10可包括紅、綠、藍(lán)三種單色投光光源，通過控制該三種單色投光光源依次錯(cuò)時(shí)點(diǎn)亮獲得所述三種單色光。所述投影裝置10也可包括一白光投光光源及紅、綠、藍(lán)三個(gè)濾光片，該三個(gè)濾光片錯(cuò)時(shí)遮擋在所述白光投光光源，從而獲得紅、綠、藍(lán)三種單色光。所述至少一個(gè)黑白相機(jī)20用于當(dāng)所述投影儀10向被掃描物體200投射每種單色光時(shí)，在主機(jī)的控制下從多個(gè)角度分別拍攝被掃描物體200的多張圖像。所述至少一個(gè)黑白相機(jī)20針對(duì)所述投影儀10向被掃描物體200投射每種單色光時(shí)，從多個(gè)角度分別拍攝被掃描物體200的多張圖像，并將所述多張圖像反饋給主機(jī)。在主機(jī)的后續(xù)處理中，通過計(jì)算機(jī)軟件等能夠以投影儀10投紅色光采集到的圖像的灰度值作為紅色通道的值，投綠色光采集到的圖像的灰度值作為綠色通道的值，以投藍(lán)色光采集到的圖像的灰度值作為藍(lán)色通道的值，由組合的三通道值得到完整的彩色圖像，從而得到被掃描物體200多個(gè)角度的彩色圖像。然后，主機(jī)根據(jù)所述被掃描物體多個(gè)角度的彩色圖像通過計(jì)算機(jī)多目視覺成像原理即可重建出被掃描物體200的立體彩色模型，輸出彩色三維圖像。所述至少一個(gè)黑白相機(jī)20的數(shù)量可以為一個(gè)、二個(gè)、三個(gè)等等，其具體數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需要而定，黑白相機(jī)20的數(shù)量越多其三維的掃描精度越高。本實(shí)施例中，所述三維掃描儀100包括兩個(gè)黑白相機(jī)20。所述黑白相機(jī)20包括CXD (電子耦合器件圖像傳感器)與CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器)，在本實(shí)施例中，所述感光元件為CCD。所述三維掃描儀100還可包括一個(gè)控制系統(tǒng)30，如計(jì)算機(jī)，該控制系統(tǒng)30連接所述主機(jī)、投影儀10及黑白相機(jī)20。所述控制系統(tǒng)30能夠控制所述投影儀10分別向被掃描物體200投射紅、綠、藍(lán)三種單色光，且控制所述至少一個(gè)黑白相機(jī)20從多個(gè)角度分別拍攝被掃描物體200的多張圖像。所述至少一個(gè)黑白相機(jī)20將所述多張圖像反饋給控制系統(tǒng)30，由控制系統(tǒng)30進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)處理，其后續(xù)數(shù)據(jù)處理過程類似上述主機(jī)的處理過程，控制系統(tǒng)30處理的結(jié)構(gòu)傳輸至所述三維掃描儀100的主機(jī)，三維掃描儀100的主機(jī)輸出彩色三維圖像。也就是說，主機(jī)的處理過程轉(zhuǎn)移至控制系統(tǒng)30進(jìn)行操作，當(dāng)然控制系統(tǒng)30也可以是嵌入在主機(jī)內(nèi)的計(jì)算機(jī)軟件。優(yōu)選地，所述控制系統(tǒng)30還能夠以投影儀10投紅色光采集到的圖像的灰度值作為紅色通道的值，投綠色光采集到的圖像的灰度值作為綠色通道的值，以投藍(lán)色光采集到的圖像的灰度值作為藍(lán)色通道的值，由組合的三通道值得到完整的彩色圖像，從而得到被掃描物體200多個(gè)角度的彩色圖像。優(yōu)選地，所述控制系統(tǒng)30能夠根據(jù)所述被掃描物體200多個(gè)角度的彩色圖像通過計(jì)算機(jī)多目視覺成像原理重建出被掃描物體200的立體彩色模型。另外，由于實(shí)際測(cè)量得到的圖像的灰度值與理論值會(huì)存在誤差，所以需要對(duì)圖像做白平衡調(diào)整處理，優(yōu)選地，所述控制系統(tǒng)30還能對(duì)所述被掃描物體200多個(gè)角度的彩色圖像進(jìn)行白平衡處理，以得到更加真實(shí)的被掃描物體200的彩色圖像。 另外，當(dāng)所述三維掃描儀100僅包括一個(gè)黑白相機(jī)20時(shí)，當(dāng)所述投影儀10向被掃描物體200投射每種單色光時(shí)，所述控制系統(tǒng)30能夠控制所述黑白相機(jī)20從一個(gè)角度拍攝被掃描物體200的圖像后，再移動(dòng)到另一個(gè)或多個(gè)角度拍攝被掃描物體200的圖像。當(dāng)所述三維掃描儀100包括多個(gè)黑白相機(jī)20，當(dāng)所述投影儀10向被掃描物體200投射每種單色光時(shí)，所述控制系統(tǒng)30能夠控制所述多個(gè)黑白相機(jī)20從多個(gè)角度同時(shí)拍攝被掃描物體200的圖像。請(qǐng)參閱圖2，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的三維掃描儀100的掃描方法包括以下步驟a.采用投影儀10向被掃描物體200投射紅色光，并采用至少一個(gè)黑白相機(jī)20從多個(gè)角度分別拍攝被掃描物體200的多張圖像；b.采用投影儀10向被掃描物體200投射綠色光，并采用至少一個(gè)黑白相機(jī)20從多個(gè)角度分別拍攝被掃描物體200的多張圖像；c.采用投影儀10向被掃描物體200投射藍(lán)色光，并采用至少一個(gè)黑白相機(jī)20從多個(gè)角度分別拍攝被掃描物體200的多張圖像；d.以投影儀10投紅色光采集到的圖像的灰度值作為紅色通道的值，投綠色光采集到的圖像的灰度值作為綠色通道的值，以投藍(lán)色光采集到的圖像的灰度值作為藍(lán)色通道的值，由組合的三通道值得到完整的彩色圖像，從而得到被掃描物體200多個(gè)角度的彩色圖像。需要說明的是，所述步驟a、b、c之間的順序可以互換，即順序可以為a、b、c ;a、c、b ;b、a、c ;b、c、a 等等。當(dāng)所述投影儀10向被掃描物體200投射每種單色光時(shí)，可以采用一個(gè)黑白相機(jī)20從一個(gè)角度拍攝被掃描物體200的圖像后，再移動(dòng)到另一個(gè)或多個(gè)角度拍攝被掃描物體200的圖像。當(dāng)所述投影儀向10被掃描物體200投射每種單色光時(shí)，也可以采用多個(gè)黑白相機(jī)20從多個(gè)角度同時(shí)拍攝被掃描物體200的圖像。所述掃描方法還可包括步驟對(duì)所述被掃描物體200多個(gè)角度的彩色圖像進(jìn)行白平衡處理；以及根據(jù)所述被掃描物體200多個(gè)角度的彩色圖像通過計(jì)算機(jī)多目視覺成像原理重建出被掃描物體200的立體彩色模型。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的三維掃描儀中，通過采用黑白相機(jī)分別獲取被掃描物體被紅、綠、藍(lán)三色光投射時(shí)的圖像，從而能夠得到被掃描物體上的顏色信息，便于后續(xù)處理得到被掃描物體的彩色圖像，該彩色圖像質(zhì)量較好，顏色信息真實(shí)準(zhǔn)確，能夠在后續(xù)三維建模中得到真實(shí)準(zhǔn)確的立體彩色模型，大大降低了設(shè)備成本。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種三維掃描儀，其包括主機(jī)以及與所述主機(jī)電性連接的投影儀，其特征在于，該三維掃描儀還包括至少一個(gè)黑白相機(jī)，所述至少一個(gè)黑白相機(jī)與所述主機(jī)電性連接。
2.如權(quán)利要求I所述的三維掃描儀，其特征在于，所述三維掃描儀還包括一個(gè)控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)與所述投影儀、所述黑白相機(jī)、所述主機(jī)電性連接。
3.如權(quán)利要求I或2所述的三維掃描儀，其特征在于，所述三維掃描儀僅包括一個(gè)黑白相機(jī)，所述黑白相機(jī)相對(duì)被掃描物體可移動(dòng)設(shè)置。
4.如權(quán)利要求I或2所述的三維掃描儀，其特征在于，所述三維掃描儀包括多個(gè)黑白相機(jī)，所述多個(gè)黑白相機(jī)相對(duì)被掃描物體位置固定，且與所述被掃描物體存在多個(gè)預(yù)定角度。
5.如權(quán)利要求I所述的三維掃描儀，其特征在于，所述黑白相機(jī)包括一電子耦合器件圖像傳感器。
6.如權(quán)利要求I所述的三維掃描儀，其特征在于，所述投影儀包括紅、綠、藍(lán)三種單色投光光源。
7.如權(quán)利要求I所述的三維掃描儀，其特征在于，所述投影裝置包括一白光投光光源及紅、綠、藍(lán)三個(gè)濾光片。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種三維掃描儀，其包括主機(jī)以及與主機(jī)電性連接的投影儀、至少一個(gè)黑白相機(jī)。所述投影儀能夠在主機(jī)的控制下分別向被掃描物體投射紅、綠、藍(lán)三種單色光，針對(duì)所述投影儀向被掃描物體投射的每種單色光，所述至少一個(gè)黑白相機(jī)能夠在主機(jī)的控制下從多個(gè)角度分別拍攝被掃描物體的多張圖像，并將所述多張圖形反饋給所述主機(jī)處理。本實(shí)用新型的三維掃描儀中，通過采用黑白相機(jī)分別獲取被掃描物體被紅、綠、藍(lán)三色光投射時(shí)的圖像，從而能夠得到被掃描物體上的顏色信息，便于主機(jī)后續(xù)處理得到被掃描物體的彩色圖像，該彩色圖像質(zhì)量較好，顏色信息真實(shí)準(zhǔn)確，能夠在后續(xù)三維建模中得到真實(shí)準(zhǔn)確的立體彩色模型，大大降低了設(shè)備成本。
文檔編號(hào)G01B11/24GK202770413SQ20122042275
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月23日
發(fā)明者吳正強(qiáng), 趙曉波, 周楨人, 吳軍, 俞惠智 申請(qǐng)人:杭州先臨三維科技股份有限公司