本實用新型涉及三維測量領(lǐng)域，特別涉及一種基于振鏡的三維掃描儀。

背景技術(shù)：

從數(shù)字圖像中計算物體面形三維數(shù)據(jù)是光學(xué)三維傳感領(lǐng)域長期研究的焦點。在工業(yè)測量、逆向工程、視覺導(dǎo)航、航空航天、影視娛樂、虛擬現(xiàn)實、整形美容等領(lǐng)域均有應(yīng)用，低成本的三維掃描儀受到了極大關(guān)注。微軟kinect和英特爾RealSense屬于消費類三維形狀獲取設(shè)備，主要面向體感、大場景建模等對三維點云數(shù)據(jù)精度要求不高的應(yīng)用。目前，高精度三維掃描儀通常價格昂貴、體積大，而成本低、體積小、精度適中的三維掃描儀產(chǎn)品嚴重匱乏。

三維掃描儀一般采用主動結(jié)構(gòu)光投影技術(shù)，影響三維掃描儀的成本和體積的重要因素是結(jié)構(gòu)光投影模塊，目前該模塊的常見形式為商用投影儀、工業(yè)投影儀或定制的結(jié)構(gòu)光投影模塊，絕大多數(shù)技術(shù)并不適合于具有更高三維點云數(shù)據(jù)精度的條紋結(jié)構(gòu)光投影技術(shù)。條紋結(jié)構(gòu)光投影技術(shù)要求所投影結(jié)構(gòu)光序列中部分結(jié)構(gòu)光照明光場能量符合正弦分布(如在水平或垂直方向上符合正弦分布)，需要投影多幀結(jié)構(gòu)光模式，因此投影儀或者定制的結(jié)構(gòu)光投影模塊并不同時具備成本低、體積小、可實現(xiàn)多幀結(jié)構(gòu)光模式投影的特點。

振鏡是一種新型的投影器件，具有體積小、成本低、功耗低的特點，能夠完成多幀結(jié)構(gòu)光模式投影，是實現(xiàn)低成本小型三維掃描儀一種重要實現(xiàn)方式。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有絕大多數(shù)投影技術(shù)不適用于投影條紋結(jié)構(gòu)光，或者能投影條紋結(jié)構(gòu)光但體積大或者功耗高，或者成本較高的問題,本實用新型的目的在于提供一種同時兼具成本低、體積小和可實現(xiàn)多幀結(jié)構(gòu)光模式投影的基于振鏡的三維掃描儀。

為了實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型提供了以下技術(shù)方案：

一種基于振鏡的三維掃描儀，包括振鏡、振鏡驅(qū)動電路、系統(tǒng)控制電路及相機；所述振鏡與所述振鏡驅(qū)動電路連接，接收并響應(yīng)所述振鏡驅(qū)動電路發(fā)出的振鏡驅(qū)動信號；所述振鏡驅(qū)動電路與所述系統(tǒng)控制電路連接，接收并響應(yīng)所述系統(tǒng)控制電路發(fā)出的振鏡控制信號；所述相機與所述系統(tǒng)控制電路連接，接收并響應(yīng)所述系統(tǒng)控制電路發(fā)出的外觸發(fā)信號；所述系統(tǒng)控制電路接收外部控制命令。

進一步的，所述外部控制命令來源于主控硬件系統(tǒng)，所述主控硬件系統(tǒng)包括計算機和嵌入式系統(tǒng)板。

進一步的，所述系統(tǒng)控制電路接收所述外部命令，通過振鏡控制信號和外觸發(fā)信號協(xié)調(diào)振鏡和相機工作，使得振鏡投影結(jié)構(gòu)光與相機拍照保持同步。

進一步的，所述系統(tǒng)控制電路通過所述振鏡控制信號調(diào)節(jié)所述振鏡的光場能量分布。例如，振鏡控制信號可以控制輸出光能量在行方向上為正弦分布、鋸齒波分布或按照具體應(yīng)用場景需求的其他編碼方案。

進一步的，所述振鏡為二維掃描振鏡或一維掃描振鏡。二維掃描振鏡可投射復(fù)雜結(jié)構(gòu)光光場，結(jié)構(gòu)光光場模式由振鏡控制信號決定。一維掃描振鏡所投影結(jié)構(gòu)光光場在一維方向上的光能量分布由振鏡控制信號決定。

進一步的，所述振鏡驅(qū)動信號控制所述振鏡內(nèi)部激光器的功率和振鏡內(nèi)部反射鏡的角度。

可選的，所述振鏡光源包括可見光源和/或紅外光源，根據(jù)振鏡內(nèi)激光器選型而定。據(jù)此，所述三維掃描儀包括可見光三維掃描儀和紅外光三維掃描儀。

進一步的，所述振鏡具有高幀頻的特點，一維掃描振鏡的幀頻達幾千幀，而且掃描幀頻會隨著振鏡相關(guān)技術(shù)與工藝水平的提高而提高。在同步進行振鏡掃描和相機拍照時，所述相機曝光時間為振鏡掃描周期的整數(shù)倍。

進一步的，所述相機的數(shù)量為1臺以上，所述相機均分別與所述系統(tǒng)控制電路連接，進而提供一種單目或多目三維掃描儀方案。所述系統(tǒng)控制電路接收外部控制命令，向1臺或多臺相機同時發(fā)出外觸發(fā)信號，1臺或多臺相機同時拍照。

進一步的，從所述相機輸出圖像陣列。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果：

振鏡具有高幀頻的特點，相比現(xiàn)有三維掃描儀，該基于振鏡的三維掃描儀能夠有效完成多幀結(jié)構(gòu)光模式投影與同步拍照，同時具有體積小、成本低、功耗低的特點。通過振鏡控制信號，該掃描儀能夠按照具體需求控制結(jié)構(gòu)光光場模式或能量分布。通過增加一臺相機可實現(xiàn)雙目三維掃描方案。

附圖說明：

圖1為本實用新型基于振鏡的三維掃描儀原理圖；

圖2為本實用新型實施例1所示一種典型投影拍攝時序圖；

圖3為本實用新型實施例2所示雙目方案投影拍攝時序圖。

圖中標(biāo)記：100-振鏡，200-振鏡驅(qū)動電路，300-系統(tǒng)控制電路，401-第一相機，402-第二相機，500-結(jié)構(gòu)光光場示例。

具體實施方式

下面結(jié)合試驗例及具體實施方式對本實用新型作進一步的詳細描述。但不應(yīng)將此理解為本實用新型上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本實用新型內(nèi)容所實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本實用新型的范圍。

實施例1

一種基于振鏡的三維掃描儀，如圖1實線部分所示，包括振鏡100、振鏡驅(qū)動電路200、系統(tǒng)控制電路300及第一相機401；所述振鏡100與所述振鏡驅(qū)動電路200連接，接收并響應(yīng)所述振鏡驅(qū)動電路200發(fā)出的振鏡驅(qū)動信號；所述振鏡驅(qū)動電路200與所述系統(tǒng)控制電路300連接，接收并響應(yīng)所述系統(tǒng)控制電路300發(fā)出的振鏡控制信號；所述第一相機401與所述系統(tǒng)控制電路300連接，接收并響應(yīng)所述系統(tǒng)控制電路300發(fā)出的外觸發(fā)信號；所述系統(tǒng)控制電路300接收外部控制命令Sig-in。所述外部控制命令Sig-in來源于主控硬件系統(tǒng)，所述主控硬件系統(tǒng)包括計算機和嵌入式系統(tǒng)板。

所述系統(tǒng)控制電路300接收所述外部命令，通過振鏡控制信號和外觸發(fā)信號協(xié)調(diào)振鏡100和第一相機401工作，使得振鏡100投影結(jié)構(gòu)光與第一相機401拍照保持同步。振鏡控制信號可以控制輸出光能量在行方向上為正弦分布、鋸齒波分布或按照具體應(yīng)用場景需求的其他編碼方案。如圖2所示，在單次三維掃描重建物面三維面形過程中，振鏡100投影13幅圖像，其中前12幅為條紋圖，與時間相位展開算法所規(guī)定的正弦條紋模式相對應(yīng)，第13幅為白場，用于紋理拍攝時照明。振鏡100投影結(jié)構(gòu)光與第一相機401拍照同步。

所述系統(tǒng)控制電路300通過所述振鏡控制信號調(diào)節(jié)所述振鏡100的光場能量分布。

所述系統(tǒng)控制電路300所發(fā)送的振鏡控制信號為預(yù)置信號，預(yù)置信號的生成通過預(yù)先校準得到。校準過程為建立反映振鏡控制信號與振鏡100輸出光能量關(guān)系的查找表。在振鏡100掃描過程中，根據(jù)所希望輸出的光能量在所述查找表中查詢獲得振鏡控制信號并輸出。使用查找表技術(shù)，可按需精確生成所需光能量分布的出射光場。

所述系統(tǒng)控制電路300所發(fā)送的振鏡控制信號為高頻信號，振鏡內(nèi)部光源選用可高速進行功率調(diào)制的光源，輸出光能量調(diào)制頻率可遠高于振鏡掃描頻率。在振鏡100掃描過程中，可以遠高于振鏡掃描的速度調(diào)節(jié)光源功率來控制振鏡輸出的光場能量分布，能量分布細膩平滑。

所述振鏡100為二維掃描振鏡。二維掃描振鏡可投射復(fù)雜結(jié)構(gòu)光光場，結(jié)構(gòu)光光場模式由振鏡控制信號決定。

所述振鏡驅(qū)動信號控制所述振鏡100內(nèi)部激光器的頻率和振鏡100內(nèi)部反射鏡的角度。

所述振鏡100光源為可見光源，振鏡內(nèi)激光器為可見光激光器。該三維掃描儀為可見光三維掃描儀。

所述振鏡100具有高幀頻的特點，一維掃描振鏡的幀頻達幾千幀。在同步進行振鏡100掃描和第一相機401拍照時，所述第一相機401曝光時間為振鏡100掃描周期的整數(shù)倍。

所述第一相機401拍照完成后，從第一相機401輸出圖像序列Sig-out。

實施例2

如圖1實線加虛線部分所示，實施例2與實施例1的區(qū)別在于，提供一種雙目三維掃描儀方案，還包括第二相機402，所述第二相機402與第一相機401分別與系統(tǒng)控制電路300連接。所述系統(tǒng)控制電路300接收外部控制命令Sig-in，向第一相機401、第二相機402同時發(fā)出外觸發(fā)信號，2臺相機同時拍照，時序圖如圖3所示。拍照完成后，從第一相機401和第二相機402輸出圖像序列Sig-out。多目三維掃描儀方案參照本實施例2雙目三維掃描儀方案，只需增加相機數(shù)量，多臺相機分別與系統(tǒng)控制電路300連接即可，系統(tǒng)控制與信號傳輸過程一致。

實施例3

實施例3與實施例1、2的區(qū)別在于，所述振鏡100為一維掃描振鏡，一維掃描振鏡所投影結(jié)構(gòu)光光場在一維方向上的光能量分布由振鏡控制信號決定。

實施例4

實施例4與上述實施例的區(qū)別在于，所述振鏡100光源為紅外光源，振鏡內(nèi)激光器為紅外光激光器。該三維掃描儀為紅外光三維掃描儀。