本發(fā)明屬于非接觸三維掃描領(lǐng)域?？捎糜诘匦螠y繪，空間探測，逆向工程。

背景技術(shù)：

非接觸三維掃描領(lǐng)域有激光掃描技術(shù)和投影結(jié)構(gòu)光掃描技術(shù)。

激光掃描技術(shù)主要根據(jù)兩種不同原理：1)向物體表面投射激光光斑。已知光斑相對于激光發(fā)射器的空間角度。用CCD成像器件捕獲光斑。等效測得光斑相對于CCD成像器件的空間角度。獲知兩種空間角度數(shù)據(jù)后，通過計算求出光斑在三維空間里的位置，即物體表面一點(diǎn)的位置。收集物體表面大量點(diǎn)的位置即實(shí)現(xiàn)三維掃描。2)向物體表面投射激光光斑。光經(jīng)過物體表面反射送回接收器。運(yùn)用時間間隔發(fā)法、相位法測出光行走的路程，得到光斑與激光發(fā)射器的距離。又已知光斑相對于激光發(fā)射器的空間角度。距離數(shù)據(jù)和空間角度數(shù)據(jù)就是光斑在三維空間里的極坐標(biāo)數(shù)據(jù)，即獲得物體表面一點(diǎn)的位置。收集物體表面大量點(diǎn)的位置即實(shí)現(xiàn)三維掃描。

投影結(jié)構(gòu)光掃描技術(shù)主要根據(jù)原理：向物體表面投射動態(tài)結(jié)構(gòu)光。已知每個獨(dú)立的光編碼序列相對于投影儀的空間角度。用CCD成像器件捕獲動態(tài)結(jié)構(gòu)光，等效測得每個獨(dú)立的光編碼序列相對于CCD成像器件的空間角度。獲知兩種空間角度數(shù)據(jù)后，通過計算求出每個獨(dú)立的光編碼序列在三維空間里的位置，即物體表面一點(diǎn)的位置。收集物體表面大量點(diǎn)的位置即實(shí)現(xiàn)三維掃描。

現(xiàn)有測距技術(shù)中，有偽隨機(jī)碼測距技術(shù)。偽隨機(jī)碼測距技術(shù)有很多細(xì)節(jié)方法，比如幀測距、快捕碼、偽碼調(diào)相等等。這些細(xì)節(jié)方法的目的是改善測距不確定度和精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

1、技術(shù)不同點(diǎn)。

不論是激光掃描還是投影結(jié)構(gòu)光掃描，主要光學(xué)部件包括激光掃描部件或投影部件，和CCD成像器件。這些部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜。本發(fā)明主要光學(xué)部件包括可調(diào)制光源和光敏元件，或者天線，結(jié)構(gòu)非常簡單。本發(fā)明也能采用聲波，用超聲波發(fā)射器和超聲波接收器取代光源和光敏元件。

現(xiàn)有光學(xué)掃描技術(shù)不適合光澤表面和半透明表面。本發(fā)明通過提高信號接收靈敏度來適應(yīng)光澤表面和半透明表面。

為了更快完成物體多個側(cè)面的掃描，通常要增設(shè)光學(xué)部件?，F(xiàn)有光學(xué)掃描技術(shù)中，單獨(dú)光學(xué)部件造價高昂。本發(fā)明提供增設(shè)的光學(xué)部件有光源和光敏元件，或者天線。這些元件成本低。

本發(fā)明應(yīng)用并擴(kuò)展偽隨機(jī)碼測距技術(shù)，使單純的測距演變成空間掃描。并且區(qū)別于現(xiàn)有基于偽隨機(jī)碼測距的定位技術(shù)，區(qū)別于利用偽隨機(jī)碼的結(jié)構(gòu)光三維掃描技術(shù)。

2、名詞解釋。

發(fā)射點(diǎn)：空間里的一點(diǎn)，在這個位置放置發(fā)射器件。包括LED光源、激光源、電磁波發(fā)射天線或超聲波發(fā)射器。

接收點(diǎn)：空間里的一點(diǎn)，在這個位置放置接收器件。包括光敏元件、電磁波接收天線或超聲波接收器。

目標(biāo)點(diǎn)：空間里的一點(diǎn)，這個位置可能有物體表面，也可能沒有。

掃描空間：掃描裝置能夠探測的空間范圍，被掃描的物體應(yīng)在該范圍內(nèi)。移動掃面裝置可擴(kuò)大掃描空間。

接收信號的強(qiáng)度：某個偽隨機(jī)碼信號被檢出，該偽隨機(jī)碼信號的強(qiáng)度。

發(fā)射波特率：發(fā)射端改變信號狀態(tài)的速率。

接收采樣頻率：接收端采集信號的采樣頻率。允許接收采樣頻率大于、等于或小于發(fā)射波特率。

3、技術(shù)方法。

本發(fā)明所需重要部件包括LED光源、光敏元件、多路偽隨機(jī)碼信號發(fā)生裝置、可控信號延時器、信號采樣裝置、數(shù)字信號處理裝置?？梢杂眉す庠?、電磁波發(fā)射天線或超聲波發(fā)射器取代LED光源?？梢杂秒姶挪ń邮仗炀€或超聲波接收器取代光敏元件。根據(jù)需要選用調(diào)制裝置和解調(diào)裝置使偽隨機(jī)碼承載于載波。采用激光源時，應(yīng)加裝散射部件使光束發(fā)散。

下列項(xiàng)目不分先后順序。

1）在空間里選取發(fā)射點(diǎn)。在發(fā)射點(diǎn)處布置發(fā)射器件。選取發(fā)射點(diǎn)數(shù)量應(yīng)多于一個（移動一個發(fā)射點(diǎn)事實(shí)上構(gòu)造了多個發(fā)射點(diǎn)）。在原理上，需要至少三個或四個發(fā)射點(diǎn)。

2）在空間里選取接收點(diǎn)。在接收點(diǎn)處布置接收器件。接收點(diǎn)數(shù)量可以只有一個，也可以多于一個。

3）多路偽隨機(jī)碼信號發(fā)生裝置產(chǎn)生偽隨機(jī)碼信號。并且將偽隨機(jī)碼信號拆分成片段分配給不同發(fā)射器件。根據(jù)碼分多址特性，同一時間能處理大于一個偽隨機(jī)碼信號且互不干擾。

4）在項(xiàng)目3里，偽隨機(jī)碼信號可以是偽隨機(jī)碼序列經(jīng)過調(diào)制裝置調(diào)制得到的，也可以是未經(jīng)過調(diào)制的偽隨機(jī)碼序列。

5）在偽隨機(jī)碼信號片段被發(fā)射前的任何環(huán)節(jié)，賦予每個偽隨機(jī)碼信號片段一定延時。延時是根據(jù)對應(yīng)目標(biāo)點(diǎn)位置和對應(yīng)發(fā)射點(diǎn)位置得出兩點(diǎn)之間的距離，再除以信號傳播速度得到的。做出延時的重要目的是：只有目標(biāo)點(diǎn)位置能得到完整的偽隨機(jī)碼信號而其它位置不能。

6）當(dāng)目標(biāo)點(diǎn)位置有物體表面時，來自各發(fā)射點(diǎn)的信號被反射。反射的信號恰是各片段組裝成的完整偽隨機(jī)碼信號。

7）接收器件接收信號，信號采樣裝置實(shí)施采樣。

8）數(shù)字信號處理裝置分析采樣結(jié)果。能夠檢出偽隨機(jī)碼信號代表對應(yīng)的目標(biāo)點(diǎn)有物體表面。偽隨機(jī)碼信號的強(qiáng)度對應(yīng)物體表面的反射率。

9）根據(jù)可見光的反射率就能獲得顏色深度信息。根據(jù)三原色光各自的反射率就能獲得全彩顏色信息。根據(jù)分光光度測量每一波段的反射率就能獲得完整的光譜信息。

10）搜索掃描空間里的點(diǎn)。被搜索的點(diǎn)分別充當(dāng)目標(biāo)點(diǎn)并被判斷有無物體表面。最終獲得代表物體表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

對于需要至少三個或四個發(fā)射點(diǎn)的解釋：當(dāng)選取三個發(fā)射點(diǎn)時，每個目標(biāo)點(diǎn)衍生出一對點(diǎn)。這一對點(diǎn)相對于三個發(fā)射點(diǎn)所在平面對稱。容易人為選擇其中一個。當(dāng)選取四個發(fā)射點(diǎn)時，自然消除其中一個點(diǎn)。如果只選用兩個發(fā)射點(diǎn)，那么每個目標(biāo)點(diǎn)衍生出一個圓環(huán)，這個圓環(huán)的圓心在兩個發(fā)射點(diǎn)所在直線上。如果只選用一個發(fā)射點(diǎn)，那么每個目標(biāo)點(diǎn)衍生出一個球殼，這個球殼的球心就是發(fā)射點(diǎn)。很顯然，如果只選取一個或兩個發(fā)射點(diǎn)，那么做不到得出唯一目標(biāo)點(diǎn)。

LED光源或其它發(fā)射器件，以及光敏元件或其它接收器件都具有各自的響應(yīng)時間。這一特性限制了波特率。傳播速度除以波特率得到一個碼元的空間長度。這個長度關(guān)系到掃描精度。為了在確定的響應(yīng)時間下提高掃描精度，所以要提高接收采樣頻率，以及利用其它手段。包括利用偽碼測距技術(shù)中的現(xiàn)有技術(shù)提高掃描精度。

4、具體實(shí)施方法。

用LED光源、光敏元件作為發(fā)射器件、接收器件。

使用可編程信號發(fā)生裝置完成多路偽隨機(jī)碼信號發(fā)生裝置和可控信號延時器的功能。偽隨機(jī)碼、偽隨機(jī)碼片段和延時的偽隨機(jī)碼片段都是預(yù)先生成，然后在使用時回放。

用模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊作為信號采樣裝置。直接使用現(xiàn)有的數(shù)字信號處理裝置。

直接應(yīng)用偽隨機(jī)碼測距技術(shù)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的非創(chuàng)新點(diǎn)。

本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)至少包括：采用三個及三個以上的LED光源，一個或一個以上光敏元件，拆分成片段的偽隨機(jī)碼信號，和根據(jù)目標(biāo)點(diǎn)位置延時發(fā)射偽隨機(jī)碼信號片段。