本實(shí)用新型涉及三維掃描設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種可擴(kuò)展的基于移動(dòng)平臺(tái)和FPGA的小型高速三維掃描模組。

背景技術(shù)：

三維掃描技術(shù)是一種非接觸式的建模工作。最突出的好處就是獲得外形而又不會(huì)因?yàn)榻佑|而破壞物體原有的面貌，這對(duì)于很多珍貴的文物、比較脆弱的物體，都有非常重要的意義。并且有很多物體原件體積非常龐大，只有借助三維掃描儀才能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的數(shù)字化建模。

三維掃描儀的原理非常簡(jiǎn)單：在被掃描物體表面取一些點(diǎn)，計(jì)算這些點(diǎn)與掃描儀之間的距離，當(dāng)測(cè)量的點(diǎn)足夠多，就能得到被掃描物體的輪廓，把這些點(diǎn)相鄰的之間建立聯(lián)系，就是三維立體的模型。在三維建模領(lǐng)域，不管是基于內(nèi)視點(diǎn)的物體假三維展示，還是基于圖像建模的真三維數(shù)據(jù)合成都需要物體的全角度照片。

傳統(tǒng)的三維掃描模組多為現(xiàn)成采購(gòu)相機(jī)和投影儀兩個(gè)組件來搭建系統(tǒng)，體積巨大設(shè)備笨重，幾個(gè)模組之間都是需要幾個(gè)模組通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)絇C上，使用軟件來非實(shí)時(shí)觸發(fā)和協(xié)同控制幾套系統(tǒng)，圖像采集模組之間的協(xié)同完全依賴于上位機(jī)協(xié)調(diào)，協(xié)同時(shí)間十分緩慢；采用的光編碼方式受限且單一, 內(nèi)部沒有處理能力，完全依賴上位機(jī)協(xié)同，所以幾套系統(tǒng)之間的協(xié)同受限于上位機(jī)的處理能力，無(wú)法搭建系統(tǒng)整理陣列；而且供電傳輸數(shù)據(jù)依賴外部數(shù)據(jù)線，限制了掃描模組的靈活使用性；此外，傳統(tǒng)的三維掃描模組的對(duì)焦純粹依賴經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)對(duì)焦，對(duì)焦不是很方便成像效果差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供一種可擴(kuò)展的基于移動(dòng)平臺(tái)和FPGA的小型高速三維掃描模組，具有高精度、高速度、超小體積、超高集成度、高可擴(kuò)展性的特點(diǎn)，單片三維數(shù)據(jù)的采集和重建可以在280毫秒內(nèi)完成高精度的，十分適合手持三維掃描和適用于生產(chǎn)線的三維線上數(shù)據(jù)采集和檢測(cè)工作。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下：

一種可擴(kuò)展的基于移動(dòng)平臺(tái)和FPGA的小型高速三維掃描模組，包括移動(dòng)平臺(tái)，所述移動(dòng)平臺(tái)上設(shè)有：圖像采集模組，用于采集被掃描物的圖像；投影模組，可以向被掃描物投射十字激光線和編碼圖像；激光對(duì)焦模組，可以向被掃描物投射一束激光線；FPGA協(xié)同控制模組，控制圖像采集模組、投影模組及激光對(duì)焦模組的協(xié)同工作并對(duì)圖像采集模組采集到的圖像進(jìn)行處理；移動(dòng)運(yùn)算模組，可以向FPGA協(xié)同控制模組發(fā)出相關(guān)指令，且FPGA協(xié)同控制模組處理后的數(shù)據(jù)傳送至移動(dòng)運(yùn)算模組進(jìn)一步運(yùn)算處理。工作時(shí)，設(shè)備啟動(dòng)后上位機(jī)或移動(dòng)運(yùn)算模組向FPGA協(xié)同控制模組發(fā)出指令，F(xiàn)PGA協(xié)同控制模組同時(shí)控制投影模組和激光對(duì)焦模組，投影模組向被掃描物體投射十字激光線，同時(shí)激光對(duì)焦模組向被掃描物投射一束激光線，當(dāng)激光線和十字激光線的交叉點(diǎn)在一點(diǎn)時(shí)對(duì)焦完成，對(duì)焦完成后上位機(jī)或移動(dòng)運(yùn)算模組向FPGA協(xié)同控制模組發(fā)出指令，F(xiàn)PGA協(xié)同控制模組控制投影模組和圖像采集模組工作，投影模組向物體表面投射經(jīng)過編碼的圖像，同時(shí)圖像采集模組采集圖像，并將采集到的圖像返回給FPGA協(xié)同控制模組，F(xiàn)PGA協(xié)同控制模組處理數(shù)據(jù)后交由移動(dòng)運(yùn)算模組處理。

作為優(yōu)先，所述移動(dòng)平臺(tái)上圖像采集模組和激光對(duì)焦模組可進(jìn)行拓展，增加的圖像采集模組和激光對(duì)焦模組數(shù)量一致，且都由FPGA協(xié)同控制模組控制協(xié)同工作。

作為優(yōu)先，所述移動(dòng)平臺(tái)上設(shè)有電池模組負(fù)責(zé)供電，且根據(jù)圖像采集模組和激光對(duì)焦模組拓展的數(shù)量酌情增加。

作為優(yōu)選，所述移動(dòng)平臺(tái)上設(shè)有儲(chǔ)存模組，對(duì)移動(dòng)運(yùn)算模組處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存。

作為優(yōu)選，所述移動(dòng)平臺(tái)上設(shè)有無(wú)線傳輸模組。通過無(wú)線傳輸模組可以將處理的數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)或其他設(shè)備。

本實(shí)用新型的有益效果在于：1、完全采用新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從一開始就以使得圖像采集模組和投影模組作為一個(gè)整體設(shè)計(jì)，使用定制的組件結(jié)構(gòu)件來構(gòu)建最大限度的壓縮體積的情況下而不影響功能和精度；

2、高度的集成化，擁有獨(dú)立完整的供電、采集、運(yùn)算模組，可以不依賴于上位機(jī)pc獨(dú)立運(yùn)行，子系統(tǒng)之間采用的是電信號(hào)硬觸發(fā)，所有的模組之間都可以完全實(shí)時(shí)的協(xié)同工作，整個(gè)數(shù)據(jù)的采集到處理可以在模組內(nèi)部在280毫秒內(nèi)完成；

3、內(nèi)部有FPGA和移動(dòng)運(yùn)算模組，投影的光編碼方式是可以根據(jù)需要反復(fù)編程和重寫的投影模組投射的光編碼可根據(jù)速度和精度需要在散斑、線掃描、Gaycode、相移等編碼方式之間自由切換和編輯，使得模組的采集的三維數(shù)據(jù)精度和速度可以根據(jù)需要靈活選擇；

4、該模組支持多套模組組成更大的模組陣列協(xié)同工作，內(nèi)部擁有移動(dòng)運(yùn)算模組且擁有上位機(jī)對(duì)接的功能，由移動(dòng)運(yùn)算模組完成一級(jí)處理上位機(jī)完成二級(jí)處理的方式，有利于特別大數(shù)據(jù)高速的處理；

5、內(nèi)置了供電、存儲(chǔ)和無(wú)線傳輸?shù)墓δ?，可以最大限度的擺脫束縛，靈活使用，而且方便手持掃描使用；

6、使用激光和十字線共焦的方式，傻瓜式對(duì)焦，保證最佳對(duì)焦和成像效果。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型未拓展時(shí)的俯視結(jié)構(gòu)圖。

圖2是圖1的前視立體圖。

圖3是本實(shí)用新型拓展后的俯視結(jié)構(gòu)圖。

圖4是圖3的前視立體圖。

圖中：1、圖像采集模組；2、投影模組；2.1、十字激光線；3、FPGA協(xié)同控制模組；4、移動(dòng)運(yùn)算模組；5、無(wú)線傳輸模組；6、儲(chǔ)存模組；7、電池模組；8、激光對(duì)焦模組；8.1、激光線。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施方式和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。

實(shí)施方式一：如圖1-2所示，一種可擴(kuò)展的基于移動(dòng)平臺(tái)和FPGA的小型高速三維掃描模組，包括移動(dòng)平臺(tái)，其上設(shè)有：圖像采集模組1，用于采集被掃描物的圖像；投影模組2，可以向被掃描物投射十字激光線2.1和編碼圖像；激光對(duì)焦模組8，可以向被掃描物投射一束激光線8.1；FPGA協(xié)同控制模組3，控制圖像采集模組1、投影模組2及激光對(duì)焦模組8的協(xié)同工作并對(duì)圖像采集模組1采集到的圖像進(jìn)行處理；移動(dòng)運(yùn)算模組4，可以向FPGA協(xié)同控制模組3發(fā)出相關(guān)指令，且FPGA協(xié)同控制模組3處理后的數(shù)據(jù)傳送至移動(dòng)運(yùn)算模組4進(jìn)一步運(yùn)算處理；儲(chǔ)存模組6，對(duì)移動(dòng)運(yùn)算模組4處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存；無(wú)線傳輸模組5，將處理的數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)或其他設(shè)備；電池模組7，負(fù)責(zé)給整套模組供電。

工作原理為：?jiǎn)?dòng)后上位機(jī)或移動(dòng)運(yùn)算模組4向FPGA協(xié)同控制模組3發(fā)出指令，F(xiàn)PGA協(xié)同控制模組3同時(shí)控制投影模組2和激光對(duì)焦模組8，投影模組2向被掃描物體投射十字激光線2.1，同時(shí)激光對(duì)焦模組8向被掃描物投射一束激光線8.1，當(dāng)激光線8.1和十字激光線2.1的交叉點(diǎn)在一點(diǎn)時(shí)對(duì)焦完成，對(duì)焦完成后上位機(jī)或移動(dòng)運(yùn)算模組4向FPGA協(xié)同控制模組3發(fā)出指令，F(xiàn)PGA協(xié)同控制模組3控制投影模組2和圖像采集模組1工作，投影模組2向被掃描物表面投射經(jīng)過編碼的圖像，同時(shí)圖像采集模組1采集圖像，并將采集到的圖像返回給FPGA協(xié)同控制模組3，F(xiàn)PGA協(xié)同控制模組3處理數(shù)據(jù)后交由移動(dòng)運(yùn)算模組4處理，處理數(shù)據(jù)后將結(jié)果儲(chǔ)存在儲(chǔ)存模組6或通過無(wú)線傳輸模組5傳輸給上位機(jī)或其他設(shè)備。

實(shí)施方式二：如圖3-4所示，為在實(shí)施方式一基礎(chǔ)上的拓展，增加相同數(shù)量的圖像采集模組1和激光對(duì)焦模組8，且都由FPGA協(xié)同控制模組3控制協(xié)同工作，根據(jù)圖像采集模組1和激光對(duì)焦模組8拓展的數(shù)量可酌情增加電池模組7的數(shù)量。

在上述兩種實(shí)施方式中，投影模組2采用的微投影既可是LCOS又可以是DLP分辨率和流明度可根據(jù)需要更換；圖像采集模組1采用的圖像傳感器既可以是CCD又可以是CMOS 分辨率和像素可以更具需要更換；投影模組2投射的光編碼可根據(jù)需要的場(chǎng)景需要改變，支持投射散斑、線掃描、Gaycode、相移等編碼；采用的移動(dòng)運(yùn)算模組4包括且不限于ARM、Krait、MTK、intel等架構(gòu)；無(wú)線傳輸模組5包括且不限于wifi、藍(lán)牙等傳輸方式。

此外，投影模組2和圖像采集模組1可在在每秒1-280fps的速率之間調(diào)節(jié)（同步工作）。

以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，但本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)特征并不局限于此，本實(shí)用新型可以用于類似的產(chǎn)品上，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型的領(lǐng)域內(nèi)，所作的變化或修飾皆涵蓋在本實(shí)用新型的專利范圍之中。