本發(fā)明涉及三維數(shù)字成像及造型領(lǐng)域，具體涉及一種多測(cè)量模式的三維測(cè)量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

對(duì)物體表面進(jìn)行非接觸三維測(cè)量的技術(shù)，已經(jīng)在工業(yè)、醫(yī)療、藝術(shù)、教育等很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。不同領(lǐng)域的應(yīng)用對(duì)三維測(cè)量的技術(shù)要求都不一樣。比如，汽車(chē)工業(yè)要求三維測(cè)量的數(shù)據(jù)精度要高，數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)要清楚；人體三維測(cè)量要求快速的獲取人體三維數(shù)據(jù)，需要測(cè)量系統(tǒng)具有手持功能，精度要求較低；大型雕塑的三維測(cè)量要求測(cè)量系統(tǒng)具有手持功能，同時(shí)數(shù)據(jù)精度較高，數(shù)據(jù)有一定的細(xì)節(jié)。

目前已知的三維掃描儀都不能很好地將滿足上述要求的功能集成到一個(gè)三維測(cè)量系統(tǒng)中。比如中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利專(zhuān)利cn1483999a公開(kāi)了測(cè)量物體三維表面輪廊的方法及系統(tǒng)，利用編碼光和相移的三維測(cè)量系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)高精度的三維測(cè)量。但是該方法及系統(tǒng)采用多幅圖片進(jìn)行三維重建，不能實(shí)現(xiàn)手持功能。另外發(fā)明專(zhuān)利cn101189487b公開(kāi)的三維掃描自動(dòng)參考系統(tǒng)和設(shè)備，以及發(fā)明專(zhuān)利cn102112845b公開(kāi)的用于表面特征自適應(yīng)性三維掃描的系統(tǒng)，都提到了手持三維掃描儀。但是上述設(shè)備不能實(shí)現(xiàn)高細(xì)節(jié)、高精度的三維測(cè)量，同時(shí)投影圖案不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程更新。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種多測(cè)量模式的三維測(cè)量系統(tǒng)，通過(guò)切換測(cè)量模式，既可以采用多幅結(jié)構(gòu)光圖案的固定測(cè)量模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體表面的高精度、高細(xì)節(jié)的三維測(cè)量，又可以采用單幅圖片的手持測(cè)量模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體表面快速實(shí)時(shí)的手持三維測(cè)量。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種多測(cè)量模式的三維測(cè)量系統(tǒng)，包括控制單元、可變數(shù)字圖案發(fā)生單元、圖像處理單元、計(jì)算單元和至少一個(gè)圖像傳感器，

所述控制單元分別連接所述可變數(shù)字圖案發(fā)生單元、圖像處理單元、計(jì)算單元及圖像傳感器，用于控制整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作；

所述可變數(shù)字圖案發(fā)生單元包括存儲(chǔ)器和投影器，所述存儲(chǔ)器儲(chǔ)存有若干種光模板數(shù)字圖案，所述投影器為數(shù)字投影機(jī)，用于將所述存儲(chǔ)器中的數(shù)字圖案投射到被測(cè)物體表面；

所述圖像傳感器用于獲取所述投影器投射到被測(cè)物體表面的圖案；

所述圖像處理單元為具有至少二種圖像處理模式的多模式數(shù)字圖像處理器，用于根據(jù)選定的圖像處理模式對(duì)所述圖像傳感器獲取的被測(cè)物體表面的圖案進(jìn)行提取，得到被測(cè)物體表面的二維特征；

所述計(jì)算單元為具有至少二種三維點(diǎn)云計(jì)算模式的多模式三維點(diǎn)云計(jì)算器，用于根據(jù)選定的三維點(diǎn)云計(jì)算模式對(duì)所述圖像處理單元處理后的二維特征進(jìn)行對(duì)應(yīng)點(diǎn)查找及三維重構(gòu)，得到被測(cè)物體表面的三維數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，所述存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存的光模板數(shù)字圖案包括但不限于以下幾種：正弦條紋、數(shù)字散斑圖案、多根平行直線圖案。

進(jìn)一步的，還包括人機(jī)交互單元，所述人機(jī)交互單元連接所述控制單元，用于選取光模板數(shù)字圖案、圖像處理模式和三維點(diǎn)云計(jì)算模式，以及顯示測(cè)量結(jié)果。

進(jìn)一步的，還包括通信單元，所述通信單元連接所述控制單元，用于與外部終端通信。

進(jìn)一步的，所述通信單元與外部終端的通信內(nèi)容包括輸出所述計(jì)算單元得到的被測(cè)物體表面的三維數(shù)據(jù)，以及輸入更新或增加的光模 板數(shù)字圖案、圖像處理算法和三維點(diǎn)云計(jì)算算法。

進(jìn)一步的，所述三維測(cè)量系統(tǒng)為手持式掃描設(shè)備。

優(yōu)選的，所述手持式掃描設(shè)備包括主體、設(shè)于主體前部中心的投影器、對(duì)稱(chēng)設(shè)于投影器兩側(cè)的圖像傳感器，以及設(shè)于主體內(nèi)的控制單元、存儲(chǔ)器、圖像處理單元和計(jì)算單元，所述主體后部設(shè)有手柄或手持部。

本發(fā)明的多測(cè)量模式的三維測(cè)量系統(tǒng)，其可變數(shù)字圖案發(fā)生單元上的存儲(chǔ)器儲(chǔ)存有至少二種光模板數(shù)字圖案，通過(guò)數(shù)字投影機(jī)投射于被測(cè)物體表面，之后由圖像傳感器獲取對(duì)應(yīng)的圖案，經(jīng)多模式數(shù)字圖像處理器和多模式三維點(diǎn)云計(jì)算器處理后，即可得到至少二種測(cè)量模式下的測(cè)量數(shù)據(jù)。通過(guò)切換測(cè)量模式，既可以采用多幅結(jié)構(gòu)光圖案的固定測(cè)量模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體表面的高精度、高細(xì)節(jié)的三維測(cè)量，如工業(yè)零件等；又可以采用單幅圖片的手持測(cè)量模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體表面快速實(shí)時(shí)的手持三維測(cè)量，如人體、雕像等。從而根據(jù)使用者的需要，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同被測(cè)物體表面的高精度、高細(xì)節(jié)的三維測(cè)量或手持實(shí)時(shí)測(cè)量，具有廣泛的應(yīng)用范圍。

另一方面，本發(fā)明的三維測(cè)量系統(tǒng)，可通過(guò)通信單元輸入更新或增加的光模板數(shù)字圖案、圖像處理算法和三維點(diǎn)云計(jì)算算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)設(shè)備的遠(yuǎn)程升級(jí)或增加用戶(hù)的測(cè)量模式，進(jìn)一步滿足了用戶(hù)不同時(shí)期的需求，降低了設(shè)備更新的成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的多測(cè)量模式的三維測(cè)量系統(tǒng)一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1實(shí)施例中部分單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為正弦條紋序列圖案的示意圖；

圖4為數(shù)字散斑圖案的示意圖；

圖5為平行線圖案的示意圖；

附圖標(biāo)記說(shuō)明：1-電路板，2-數(shù)字圖案投影器，3-圖像傳感器，4-數(shù)字圖案存儲(chǔ)器，5-掃描觸發(fā)按鍵，6-手柄，7-數(shù)據(jù)傳輸接口。

具體實(shí)施方式

為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的限制。

本發(fā)明的用于獲取物體表面三維數(shù)據(jù)的多測(cè)量模式的三維測(cè)量系統(tǒng)，包括可變數(shù)字圖案發(fā)生單元、兩個(gè)或兩個(gè)以上的圖像傳感器、控制器、多模式數(shù)字圖像處理器、多模式三維點(diǎn)云計(jì)算器。

其中，控制器用于控制數(shù)字投影裝置、圖像傳感器、圖像處理器和三維點(diǎn)云計(jì)算器協(xié)調(diào)工作，并接受三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，以及對(duì)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、編輯、儲(chǔ)存。

可變數(shù)字圖案發(fā)生單元包括一個(gè)數(shù)字圖案存儲(chǔ)器和一個(gè)數(shù)字圖案投影器。數(shù)字圖案存儲(chǔ)器中提前存儲(chǔ)進(jìn)各種數(shù)字圖案，數(shù)字圖案投影器將數(shù)字圖案存儲(chǔ)器中的圖案投射到物體表面，作為重建物體三維數(shù)據(jù)的特征?？梢酝渡涞墓饽０鍒D案包括但不限于：正弦條紋、數(shù)字散斑圖案、多根平行直線圖案，及其他投影圖案。

圖像傳感器獲取數(shù)字投影裝置投射到物體表面的圖案。

多模式數(shù)字圖像處理器具有至少二種圖像處理模式，根據(jù)選定的圖像處理模式對(duì)圖像傳感器獲取的物體表面的圖案進(jìn)行提取，得到物體表面的二維特征。

多模式三維點(diǎn)云計(jì)算器具有至少二種三維點(diǎn)云計(jì)算模式，根據(jù)選定的三維點(diǎn)云計(jì)算模式對(duì)圖像處理器處理后的二維特征進(jìn)行對(duì)應(yīng)點(diǎn)查找及三維重構(gòu)，從而得到物體表面的三維數(shù)據(jù)。

為了實(shí)際使用的方便，本發(fā)明中的測(cè)量系統(tǒng)還可設(shè)置人機(jī)交互單 元和通信單元。

其中，人機(jī)交互單元為一觸摸式液晶顯示屏，連接控制器，用于選取光模板數(shù)字圖案、圖像處理模式和三維點(diǎn)云計(jì)算模式，以及顯示測(cè)量結(jié)果。通信單元包括無(wú)線通信模塊和通信接口，用于與外部終端通信。通信內(nèi)容包括輸出多模式三維點(diǎn)云計(jì)算器得到的被測(cè)物體表面的三維數(shù)據(jù)，以及輸入更新或增加的光模板數(shù)字圖案、圖像處理算法和三維點(diǎn)云計(jì)算算法。

本實(shí)施例中的三維測(cè)量系統(tǒng)工作時(shí)，用戶(hù)選擇一種測(cè)量模式，控制器根據(jù)測(cè)量模式發(fā)送命令給數(shù)字圖案儲(chǔ)存器，告知數(shù)字圖案存儲(chǔ)器需要投影的圖案，并開(kāi)啟圖像傳感器，使圖像傳感器處于等待觸發(fā)命令的狀態(tài)。數(shù)字圖案存儲(chǔ)器將圖案發(fā)送給數(shù)字圖案投影器。數(shù)字圖案投影器將圖案投射到物體表面。圖案投影完成后1ms內(nèi)，數(shù)字圖案投影器發(fā)出脈沖信號(hào)給圖像傳感器。圖像傳感器采集數(shù)字投影裝置投射到物體表面的圖案，發(fā)送給多模式數(shù)字圖像處理器。多模式數(shù)字圖像處理器接收到圖案后，根據(jù)控制器發(fā)送的測(cè)量模式信號(hào)，采用相對(duì)應(yīng)的特征提取算法，得到物體表面的二維特征。數(shù)字圖像處理器將二維特征發(fā)送給多模式數(shù)三維點(diǎn)云計(jì)算器。三維點(diǎn)云計(jì)算器接收到二維特征后，根據(jù)控制器發(fā)送的測(cè)量模式信號(hào)，采用相對(duì)應(yīng)的算法進(jìn)行對(duì)應(yīng)點(diǎn)查找及三維重構(gòu)，從而得到物體表面的三維數(shù)據(jù)。三維點(diǎn)云計(jì)算器將物體表面的三維數(shù)據(jù)發(fā)送回控制器，進(jìn)行顯示、編輯、存儲(chǔ)，或者通過(guò)通信單元傳輸給外部終端進(jìn)行進(jìn)一步處理。

當(dāng)系統(tǒng)需要更新或增加三維測(cè)量模式時(shí)，用戶(hù)可將需要更新或增加的圖案通過(guò)通信單元發(fā)送給數(shù)字圖案存儲(chǔ)器，同時(shí)將需要更新或增加的圖像處理算法和三維點(diǎn)云計(jì)算算法分別發(fā)送至多模式數(shù)字圖像處理器和多模式三維點(diǎn)云計(jì)算器。更新完成后，數(shù)字圖案存儲(chǔ)器、圖像處理器、三維點(diǎn)云計(jì)算器返回完成信號(hào)，從而完成系統(tǒng)的更新或增 加三維測(cè)量模式。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1和圖2所示，在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，一種多測(cè)量模式的三維掃描設(shè)備，包括設(shè)備主體及內(nèi)部的電路板1，數(shù)字圖案投影器2，圖像傳感器3，數(shù)字圖案儲(chǔ)存器4，以及掃描觸發(fā)按鍵5和數(shù)據(jù)傳輸接口7；其中，電路板1上設(shè)有控制器、多模式數(shù)字圖像處理器和多模式三維點(diǎn)云計(jì)算器。另外，設(shè)備主體上設(shè)有用于手持的手柄6。

本實(shí)施例中的測(cè)量設(shè)備工作時(shí)，控制器接到掃描觸發(fā)按鍵5的掃描指令之后，發(fā)出脈沖信號(hào)給可變數(shù)字圖案發(fā)生單元，對(duì)當(dāng)前模式下的圖案進(jìn)行投射，經(jīng)過(guò)1ms延遲后，控制器通過(guò)觸發(fā)信號(hào)控制兩個(gè)圖像傳感器3同步對(duì)投射出去的圖案進(jìn)行影像采集，并通過(guò)多模式數(shù)字圖像處理器和三維點(diǎn)云計(jì)算器處理，生成三維點(diǎn)云。

如圖3-5所示，本實(shí)施例中的可變數(shù)字圖案發(fā)生單元可以投射多種光模板圖案，包括但不限于：正弦條紋序列、數(shù)字散斑、平行線圖案。

本實(shí)施例中的三維測(cè)量設(shè)備，通過(guò)切換測(cè)量模式，既可以采用多幅結(jié)構(gòu)光圖案的固定測(cè)量模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體表面的高精度、高細(xì)節(jié)的三維測(cè)量，例如：工業(yè)零件、牙齒模型、小型木雕；又可以采用單幅圖片的手持測(cè)量模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體表面快速實(shí)時(shí)的手持三維測(cè)量，例如：人體、雕像。

以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。