本發(fā)明涉及一種三維掃描系統(tǒng)及掃描方法，尤其涉及一種用于手持多條紋三維掃描系統(tǒng)的三維數(shù)字成像傳感器、三維掃描系統(tǒng)及掃描方法。

背景技術(shù)：

三維數(shù)字化技術(shù)是近年來國際上活躍研究的一個新興交叉學(xué)科領(lǐng)域，被廣泛的應(yīng)用到逆向工程、文物保護、工業(yè)檢測及虛擬現(xiàn)實等諸多領(lǐng)域。而手持便攜式三維掃描儀以其便捷性，靈活性的優(yōu)點在三維掃描領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。現(xiàn)有手持式三維掃描儀的原理主要是基于結(jié)構(gòu)光的主動立體視覺方式，結(jié)構(gòu)光的模式可以有多種，如紅外激光散斑、DLP(Digital Light Processing)投影散斑、DLP投影的模擬激光條紋、激光條紋等。這些結(jié)構(gòu)光模式中以DLP投影的模擬激光條紋，激光條紋為結(jié)構(gòu)光的手持三維掃描儀的精度最高、掃描細節(jié)最好。

以DLP投影的模擬激光條紋，激光條紋為結(jié)構(gòu)光為例的基本工作流程是：

(1)對投射的條紋進行平面擬合；

(2)根據(jù)采集到的條紋圖進行標(biāo)志點提取及條紋中心提?。?/p>

(3)對條紋中心進行連通域分割，根據(jù)平面方程對左右相機圖像上的條紋進行對應(yīng)點匹配；

(4)利用兩相機的極線約束關(guān)系查找左右相機圖像上對應(yīng)的標(biāo)志點中心；

(5)根據(jù)掃描系統(tǒng)的標(biāo)定參數(shù)，采用三維重建算法對已經(jīng)匹配好的對應(yīng)條紋及對應(yīng)標(biāo)志點中心進行三維重建；

(6)標(biāo)志點拼接及條紋三維點旋轉(zhuǎn)平移實現(xiàn)手持三維掃描。

然而，該掃描過程中左右相機圖像上的對應(yīng)條紋匹配主要是基于光平面或條紋平面方程的指導(dǎo)，該方法在條紋數(shù)量大于15的時候左右相機圖像上的對應(yīng)條紋的匹配錯誤率將顯著提高，進而增加噪聲，降低掃描數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。當(dāng)條紋數(shù)量小于15時，掃描效率得不到有效提高。故而在固有的掃描幀率限制下提高掃描效率的有效方法是增加條紋數(shù)量同時提高條紋匹配的準(zhǔn)確性。另外，該掃描的拼接需要標(biāo)志點實現(xiàn)，兩兩幀之間需要一定數(shù)量的公共標(biāo)志點，需要貼滿整個掃描模型。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，有必要提供一種手持多條紋三維掃描系統(tǒng)及其掃描方法，以解決現(xiàn)有手持三維掃描系統(tǒng)無法兼顧高掃描效率和高掃描數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的問題，同時在掃描過程中無需標(biāo)志點進行拼接。

一種三維掃描系統(tǒng)，用于獲取被測物體的三維條紋點云數(shù)據(jù)，其包括：光源，用于在所述被測物體先后交替投射多個散斑圖案及條紋圖案。左、右相機，用于同步采集所述被測物體的左、右散斑圖像及左、右條紋圖像。散斑數(shù)據(jù)及標(biāo)志點數(shù)據(jù)重構(gòu)模組，用于根據(jù)所述散斑圖像得到散斑三維數(shù)據(jù)及標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)。條紋匹配模塊，用于根據(jù)所述散斑三維數(shù)據(jù)及標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)反投影到左、右條紋圖像并指導(dǎo)左、右條紋圖像條紋進行匹配。三維重構(gòu)模塊，用于將左、右條紋圖像匹配好的對應(yīng)條紋，重建為三維條紋點云數(shù)據(jù)。

所述條紋圖案為自然光條紋圖案。

所述條紋圖案中的條紋條數(shù)大于15。

所述三維掃描系統(tǒng)為手持式三維掃描系統(tǒng)。

所述三維掃描系統(tǒng)進一步包括散斑拼接模塊，用于利用前后兩幀散斑數(shù)據(jù)公共區(qū)域的點云的進行ICP拼接，計算出兩幀之間的旋轉(zhuǎn)平移矩陣R、T。

所述三維掃描系統(tǒng)進一步包括數(shù)據(jù)融合模塊，用于根據(jù)散斑拼接所得到的旋轉(zhuǎn)平移矩陣R、T作用到三維條紋點云數(shù)據(jù)上進行融合，從而實現(xiàn)條紋圖像的三維掃描。

一種三維掃描系統(tǒng)，用于獲取被測物體的三維條紋點云數(shù)據(jù)，其包括：一光源，用于在所述被測物體先后交替投射多個散斑圖案及條紋圖案。左、右相機，用于同步采集所述被測物體的左、右散斑圖像及左、右條紋圖像。一數(shù)據(jù)處理單元，用于根據(jù)所述散斑圖像得到散斑三維數(shù)據(jù)及標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)，同時根據(jù)所述散斑三維數(shù)據(jù)及標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)反投影到左、右條紋圖像并指導(dǎo)左、右條紋圖像的條紋進行匹配，進而將左、右條紋圖像匹配好的對應(yīng)條紋，重建為三維條紋點云數(shù)據(jù)。

一種三維掃描方法，其包括如下步驟：

(1)設(shè)備構(gòu)建：構(gòu)建由兩個相機和光源組成的三維數(shù)字成像傳感器；

(2)系統(tǒng)標(biāo)定：對左右相機進行標(biāo)定，獲得標(biāo)定參數(shù)；

(3)投影與圖像采集：先后交替生成散斑圖案及條紋圖案，并用光源向被測物體投射，所述散斑圖案及條紋圖案被被測物體的高度調(diào)制發(fā)生變形，產(chǎn)生調(diào)制后的散斑圖案及條紋圖案，左右相機同步采集調(diào)制后的散斑圖案得到左、右散斑圖像，左右相機同步采集調(diào)制后的條紋圖案得到左、右條紋圖像；

(4)散斑及標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)重構(gòu)：根據(jù)采集到的左、右散斑圖像，進行三維重構(gòu)得到散斑三維數(shù)據(jù)PtS及標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)PtM；

(5)條紋匹配：將所述散斑三維數(shù)據(jù)PtS及標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)PtM反投影到左、右條紋圖像并指導(dǎo)左、右條紋圖像進行匹配；

(6)三維重構(gòu)：將左、右條紋圖像匹配好的對應(yīng)條紋，利用左、右兩個相機的極線幾何約束關(guān)系，查找對應(yīng)條紋中心線段中單個點對應(yīng)關(guān)系，然后根據(jù)所述標(biāo)定參數(shù)，將對應(yīng)點重建為三維條紋點云數(shù)據(jù)。

所述系統(tǒng)標(biāo)定進一步包括如下步驟：對左右相機進行標(biāo)定從而獲取相機的內(nèi)外參及相機之間的相對位置對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)平移矩陣Mc。

所述散斑及標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)重構(gòu)進一步包括散斑三維數(shù)據(jù)重構(gòu)步驟：根據(jù)采集到的散斑圖像，在所述左散斑圖像上的某一個圖像坐標(biāo)點pi處，以pi為中心去5x5～11x11的矩形子圖；根據(jù)所述標(biāo)定參數(shù)計算對應(yīng)的右散斑圖像極線，在對應(yīng)的右散斑圖像極線上所有坐標(biāo)點(q1～qn)為中心取同樣大小的矩陣子圖，計算左散斑圖像pi處子圖與右散斑圖像極線上所有子圖之間的相關(guān)系數(shù)C1～Cn；比較相關(guān)系數(shù)大小，定義相關(guān)系數(shù)最大的為Cmax，設(shè)定相關(guān)系數(shù)閾值T，如果Cmax大于T，則可以確定左相機的pi在右相機上唯一的對應(yīng)匹配點為pr；遍歷左散斑圖像上所有的像素坐標(biāo)點根據(jù)上述方法尋找右散斑圖像對應(yīng)匹配點，根據(jù)所述標(biāo)定參數(shù)，將對應(yīng)點重構(gòu)成三維數(shù)據(jù)PtS。

所述散斑及標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)重構(gòu)進一步包括標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)重構(gòu)步驟：根據(jù)采集到的散斑圖像，提取左、右散斑圖像上所有的標(biāo)志點中心；根據(jù)極線約束準(zhǔn)則尋找左、右散斑圖像上對應(yīng)匹配的標(biāo)志點中心對；然后根據(jù)標(biāo)定參數(shù)，將標(biāo)志點對應(yīng)點重建成標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)PtM。

所述條紋匹配進一步包括標(biāo)志點反投影偏差補償步驟，包括：對所述左、右條紋圖像進行標(biāo)志點中心提取，記錄其標(biāo)志點對PtMultiCoor；根據(jù)極線約束準(zhǔn)則尋找左右條紋圖像上對應(yīng)匹配的標(biāo)志點中心對；將散斑圖上的標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)PtM依次根據(jù)左右相機各自的標(biāo)定內(nèi)參反投影到調(diào)制后的左、右條紋圖像上，記錄其二維坐標(biāo)對PtMacthCoor，計算PtMacthCoor上每對反投影標(biāo)志點圖像坐標(biāo)在條紋圖像上提取的最近的標(biāo)志點中心對的像素坐標(biāo)偏差，依次計算左、右條紋圖像上各自偏差的均值，記錄左條紋圖像像素偏差均值pixDivL及右條紋圖像素偏差均值pixDivR。

所述三維匹配進一步包括如下步驟：重建完散斑三維數(shù)據(jù)PtS及對應(yīng)的標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)PtM后，對左、右條紋圖像進行中心線提??；對每條中心線連通域的分割形成多條獨立線段，然后將散斑三維數(shù)據(jù)PtS及對應(yīng)的標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)PtM依次根據(jù)左右相機各自的標(biāo)定參數(shù)反投影到左、右條紋圖像上；所述左、右條紋圖像的反投影坐標(biāo)依次加上左條紋圖像素偏差均值pixDivL及右條紋圖像素偏差均值pixDivR實現(xiàn)偏差補償；對偏差補償后的反投影坐標(biāo)對進行編號，每個對應(yīng)點均有相應(yīng)的序號，形成條紋左右圖像坐標(biāo)對應(yīng)的查找表；遍歷左條紋圖像上每個條紋線段每個點的所對應(yīng)的序號，根據(jù)查找表可直接查找到右條紋圖像相匹配的條紋線段，如此即可實現(xiàn)左、右條紋圖像線段的準(zhǔn)確匹配。

所述三維重構(gòu)進一步包括如下步驟：將左右圖像匹配好的對應(yīng)條紋中心線段，利用左右兩個相機的極線幾何約束關(guān)系，查找對應(yīng)條紋中心線段中單個點對應(yīng)關(guān)系，然后根據(jù)系統(tǒng)的標(biāo)定參數(shù)，將對應(yīng)點對重建為三維條紋點云數(shù)據(jù)。

進一步包括散斑拼接步驟：利用前后兩幀散斑數(shù)據(jù)的公共區(qū)域的點云進行icp拼接，計算出兩幀之間的旋轉(zhuǎn)平移矩陣R、T。

進一步包括數(shù)據(jù)融合步驟：根據(jù)散斑拼接所求得的旋轉(zhuǎn)平移矩陣R、T作用到三維條紋點云數(shù)據(jù)上進行融合，從而實現(xiàn)條紋圖像的三維掃描。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的三維掃描儀及其掃描方法中，通過被測物體的散斑圖像得到散斑三維數(shù)據(jù)及標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)，然后將該散斑三維數(shù)據(jù)及標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)反投影到左、右條紋圖像并指導(dǎo)左、右條紋圖像條紋進行匹配，從而獲得三維條紋點云數(shù)據(jù)。該三維掃描儀相對傳統(tǒng)的三維掃描儀具有如下優(yōu)點：1、條紋匹配的精度或準(zhǔn)確性較高，從而可通過增加匹配的條紋數(shù)量來提高三維掃描系統(tǒng)的掃描效率；2、不用借助標(biāo)志點即可實現(xiàn)實時拼接；3、無需標(biāo)定條紋光平面，即無需通過光平面來指導(dǎo)左右圖像的匹配，對硬件的相對位置的安裝精度要求較低，降低了系統(tǒng)成本。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉實施例，并配合附圖，詳細說明如下。

附圖說明

以下結(jié)合附圖描述本發(fā)明的實施例，其中：

圖1是本發(fā)明實施例提供的三維掃描系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中三維掃描儀投射到被測物體上的左、右散斑圖。

圖3是圖1中三維掃描系統(tǒng)左、右相機采集到的左、右條紋圖像。

圖4是根據(jù)圖1中的散斑圖進行三維重構(gòu)得到的的散斑三維數(shù)據(jù)。

圖5是將散斑三維數(shù)據(jù)及標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)依次反投影到左、右條紋圖像所得到的反投影。

圖6是極線幾何約束示意圖。

具體實施方式

以下基于附圖對本發(fā)明的具體實施例進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅作為實施例，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍。

請參照圖1，本發(fā)明實施例提供一種三維掃描系統(tǒng)，用于獲取或采集被測物體105的三維條紋點云數(shù)據(jù)。所述三維掃描系統(tǒng)的類型不限，包括固定式三維掃描系統(tǒng)和手持式三維掃描系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述三維掃描系統(tǒng)為手持多條紋雙目三維掃描系統(tǒng)?？梢岳斫?，當(dāng)所述三維掃描系統(tǒng)為手持時多條紋雙目三維掃描系統(tǒng)時，在工作過程中，不同時段獲得到的圖像因為抖動會有誤差。

該三維掃描系統(tǒng)包括光源101，左相機102、右相機103及數(shù)據(jù)處理單元104。所述光源101、左相機102、右相機103之間的相互位置不限，只要可以投射或采集到被測物體105即可。且在工作時，所述光源101，左相機102、右相機103的位置相對固定。優(yōu)選地，所述光源101設(shè)置在所述左相機102與右相機103正中間。

所述光源101用于在所述被測物體105先后交替投射多個散斑圖案及條紋圖案。所謂先后交替投射，即第一幅投射的圖案為散斑圖案，且所述光源101每兩幅散斑圖案之間需投射一幅條紋圖案，反之亦然，每兩幅條紋圖案之間需投射一幅散斑圖案，且第一幅圖案為散斑圖案。所述光源101包括激光、投影儀或其他光源，當(dāng)所述光源101為投影儀時，所述投影儀為數(shù)字投影儀。所述條紋圖案包括模擬激光條紋圖案、激光條紋圖案及其他條紋圖案等。優(yōu)選地，所述光源101為投影儀，且所述條紋圖案為自然光條紋圖案。相對激光條紋圖案，所述自然光條紋圖案對人眼無傷害，且投射到標(biāo)志點時，黑色邊緣部分不會過亮，從而能提高標(biāo)志點中心的準(zhǔn)確提取，從而提高拼接精度。所述光源101所投射的條紋的數(shù)量不限，但為了提高掃描效率，通常需要大于15條，本實施例中，所述條紋數(shù)量大于80條。

所述左相機102、右相機103用于同步采集所述被測物體105的左、右散斑圖像及左、右條紋圖像。所述左右相機103、104的類型不限，只要能采集到所述被測物體105的二維圖像即可?？梢岳斫?，由于所述光源101向被測物體105投射的散斑圖案及條紋圖案，被被測物體105的高度調(diào)制發(fā)生變形，產(chǎn)生調(diào)制后的散斑圖案及條紋圖案。而所述左右相機103、104則通過采集調(diào)制后的條紋圖案得到左、右散斑圖像及左、右條紋圖案。

所述數(shù)據(jù)處理單元104，用于根據(jù)所述散斑圖像得到散斑三維數(shù)據(jù)及標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)，同時根據(jù)所述散斑三維數(shù)據(jù)及標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)反投影到左、右條紋圖像并指導(dǎo)左、右條紋圖像的條紋進行匹配，進而將左、右條紋圖像匹配好的對應(yīng)條紋，重建為三維條紋點云數(shù)據(jù)。

具體地，所述數(shù)據(jù)處理單元104包括散斑數(shù)據(jù)及標(biāo)志點數(shù)據(jù)重構(gòu)模組、條紋匹配模塊及三維重構(gòu)模塊。所述散斑數(shù)據(jù)及標(biāo)志點數(shù)據(jù)重構(gòu)模組用于根據(jù)所述散斑圖像得到散斑三維數(shù)據(jù)及標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)。所述條紋匹配模塊用于根據(jù)所述散斑三維數(shù)據(jù)及標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)反投影到左、右條紋圖像并指導(dǎo)左、右條紋圖像條紋進行匹配。所述三維重構(gòu)模塊，用于將左、右條紋圖像匹配好的對應(yīng)條紋，重建為三維條紋點云數(shù)據(jù)。而所述三維重構(gòu)模塊用于將左右條紋圖像匹配好的對應(yīng)條紋，利用左、右兩個相機的極線幾何約束關(guān)系，查找對應(yīng)條紋中心線段中單個點對應(yīng)關(guān)系，然后根據(jù)所述標(biāo)定參數(shù)，將對應(yīng)點重建為三維條紋點云數(shù)據(jù)。當(dāng)然，所述三維重構(gòu)模塊重建三維條紋點云數(shù)據(jù)的方式或技術(shù)不限，只要能將匹配好的左右條紋圖像重建為三維條紋點云數(shù)據(jù)即可。

進一步地，所述所述數(shù)據(jù)處理單元104還可包括散斑拼接模塊及數(shù)據(jù)融合模塊，所述散斑拼接模塊用于利用前后兩幀散斑數(shù)據(jù)公共區(qū)域的點云的進行ICP拼接，計算出兩幀之間的旋轉(zhuǎn)平移矩陣R、T。所述數(shù)據(jù)融合模塊用于根據(jù)散斑拼接所得到的旋轉(zhuǎn)平移矩陣R、T作用到三維條紋點云數(shù)據(jù)上進行融合，從而實現(xiàn)條紋圖像的三維掃描。

一種用上述三維掃描系統(tǒng)獲取或采集被測物體105的三維點云數(shù)據(jù)的掃描方法，其包括如下步驟：

(1)設(shè)備構(gòu)建：構(gòu)建由兩個相機和光源組成的三維數(shù)字成像傳感器。

(2)系統(tǒng)標(biāo)定：對左右相機進行標(biāo)定，獲得標(biāo)定參數(shù)。

所述系統(tǒng)標(biāo)定進一步包括如下步驟：對左右相機進行標(biāo)定從而獲取相機的內(nèi)外參及相機之間的相對位置對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)平移矩陣Mc。

(3)投影與圖像采集：先后交替生成散斑圖案及條紋圖案，并用光源向被測物體投射，所述散斑圖案及條紋圖案被被測物體的高度調(diào)制發(fā)生變形，產(chǎn)生調(diào)制后的散斑圖案及條紋圖案，左右相機同步采集調(diào)制后的散斑圖案得到左、右散斑圖像，左右相機同步采集調(diào)制后的條紋圖案得到左、右條紋圖像。

(4)散斑及標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)重構(gòu)：根據(jù)采集到的左、右散斑圖像，進行三維重構(gòu)得到散斑三維數(shù)據(jù)PtS及標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)PtM。

所述散斑三維數(shù)據(jù)PtS重構(gòu)包括如下步驟：根據(jù)采集到的散斑圖像，在所述左散斑圖像上的某一個圖像坐標(biāo)點pi處，以pi為中心去5x5～11x11的矩形子圖；根據(jù)所述標(biāo)定參數(shù)計算對應(yīng)的右散斑圖像極線，在對應(yīng)的右散斑圖像極線上所有坐標(biāo)點(q1～qn)為中心取同樣大小的矩陣子圖，計算左散斑圖像pi處子圖與右散斑圖像極線上所有子圖之間的相關(guān)系數(shù)C1～Cn；比較相關(guān)系數(shù)大小，定義相關(guān)系數(shù)最大的為Cmax，設(shè)定相關(guān)系數(shù)閾值T，如果Cmax大于T，則可以確定左相機的pi在右相機上唯一的對應(yīng)匹配點為pr；遍歷左散斑圖像上所有的像素坐標(biāo)點根據(jù)上述方法尋找右散斑圖像對應(yīng)匹配點，根據(jù)所述標(biāo)定參數(shù)，將對應(yīng)點重構(gòu)成三維數(shù)據(jù)PtS。

所述標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)PtM重構(gòu)包括如下步驟：根據(jù)采集到的散斑圖像，提取左、右散斑圖像上所有的標(biāo)志點中心；根據(jù)極線約束準(zhǔn)則尋找左、右散斑圖像上對應(yīng)匹配的標(biāo)志點中心對；然后根據(jù)標(biāo)定參數(shù)，將標(biāo)志點對應(yīng)點重建成標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)PtM。

(5)條紋匹配：將所述散斑三維數(shù)據(jù)PtS及標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)PtM反投影到左、右條紋圖像并指導(dǎo)左、右條紋圖像進行匹配。

所述條紋匹配進一步包括標(biāo)志點反投影偏差補償步驟，包括：(a)對所述左、右條紋圖像進行標(biāo)志點中心提取，記錄其標(biāo)志點對PtMultiCoor。(b)根據(jù)極線約束準(zhǔn)則尋找左右條紋圖像上對應(yīng)匹配的標(biāo)志點中心對。(c)將散斑圖上的標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)PtM依次根據(jù)左右相機各自的標(biāo)定內(nèi)參反投影到調(diào)制后的左、右條紋圖像上，記錄其二維坐標(biāo)對PtMacthCoor，計算PtMacthCoor上每對反投影標(biāo)志點圖像坐標(biāo)在條紋圖像上提取的最近的標(biāo)志點中心對的像素坐標(biāo)偏差，依次計算左、右條紋圖像上各自偏差的均值，記錄左條紋圖像像素偏差均值pixDivL及右條紋圖像素偏差均值pixDivR。(d)對左、右條紋圖像進行中心線提??；對每條中心線連通域的分割形成多條獨立線段，然后將散斑三維數(shù)據(jù)PtS及對應(yīng)的標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)PtM依次根據(jù)左右相機各自的標(biāo)定參數(shù)反投影到左、右條紋圖像上。(e)所述左、右條紋圖像的反投影坐標(biāo)依次加上左條紋圖像素偏差均值pixDivL及右條紋圖像素偏差均值pixDivR實現(xiàn)偏差補償。(f)對偏差補償后的反投影坐標(biāo)對進行編號，每個對應(yīng)點均有相應(yīng)的序號，形成條紋左右圖像坐標(biāo)對應(yīng)的查找表。(g)遍歷左條紋圖像上每個條紋線段每個點的所對應(yīng)的序號，根據(jù)查找表可直接查找到右條紋圖像相匹配的條紋線段，如此即可實現(xiàn)左、右條紋圖像線段的準(zhǔn)確匹配。

(6)三維重構(gòu)：將左、右條紋圖像匹配好的對應(yīng)條紋，利用左、右兩個相機的極線幾何約束關(guān)系，查找對應(yīng)條紋中心線段中單個點對應(yīng)關(guān)系，然后根據(jù)所述標(biāo)定參數(shù)，將對應(yīng)點重建為三維條紋點云數(shù)據(jù)。所述三維重構(gòu)進一步包括如下步驟：將左右圖像匹配好的對應(yīng)條紋中心線段，利用左右兩個相機的極線幾何約束關(guān)系，查找對應(yīng)條紋中心線段中單個點對應(yīng)關(guān)系，然后根據(jù)系統(tǒng)的標(biāo)定參數(shù)，將對應(yīng)點對重建為三維條紋點云數(shù)據(jù)。

所述三維掃描方法進一步包括：

(7)散斑拼接：利用前后兩幀散斑數(shù)據(jù)的公共區(qū)域的點云進行icp拼接，計算出兩幀之間的旋轉(zhuǎn)平移矩陣R、T。

(8)數(shù)據(jù)融合：根據(jù)散斑拼接所求得的旋轉(zhuǎn)平移矩陣R、T作用到三維條紋點云數(shù)據(jù)上進行融合，從而實現(xiàn)條紋圖像的三維掃描。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的三維掃描儀及其掃描方法中，通過被測物體的散斑圖像得到散斑三維數(shù)據(jù)及標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)，然后將該散斑三維數(shù)據(jù)及標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)反投影到左、右條紋圖像并指導(dǎo)左、右條紋圖像條紋進行匹配，從而獲得三維條紋點云數(shù)據(jù)。該三維掃描儀相對傳統(tǒng)的三維掃描儀具有如下優(yōu)點：1、條紋匹配的精度或準(zhǔn)確性較高，從而可通過增加匹配的條紋數(shù)量來提高三維掃描系統(tǒng)的掃描效率；2、不用借助標(biāo)志點即可實現(xiàn)實時拼接；3、無需標(biāo)定條紋光平面，即無需通過光平面來指導(dǎo)左右圖像的匹配，對硬件的相對位置的安裝精度要求較低，降低了系統(tǒng)成本。

為進一步闡述本發(fā)明的三維掃描系統(tǒng)及其掃描方法，下面以具體的實施例給予說明。

請參照圖1，實際設(shè)計的手持多條紋雙目三維掃描系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。101為數(shù)字投影儀，102為相機，103位右相機，104為計算機(數(shù)據(jù)處理單元)，105為被測物體。

標(biāo)定后的左相機的內(nèi)部參數(shù)為：

標(biāo)定后的右相機的內(nèi)部參數(shù)為：

左相機和右相機之間的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)為：

R＝[8.749981e-001，6.547051e-003，4.840819e-001，

-2.904034e-003，9.999615e-001，-8.274993e-003，

-4.841175e-001，5.834813e-003，8.749835e-001]

T＝[-1.778995e+002，-4.162821e-001，5.074737e+001]

按照上面的敘述的步驟，對被測物體105投射數(shù)字散斑圖案，左、右相機102、103同步采集調(diào)制后的散斑圖案得到左、右散斑圖像如圖2所示。然后投射數(shù)字多線條紋圖案，左、右相機102、103同步采集調(diào)制后的條紋圖案得到左、右條紋圖像如圖3所示。根據(jù)采集到的數(shù)字散斑圖像進行三維重構(gòu)取得散斑三維數(shù)據(jù)如圖4所示及標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)，同時根據(jù)標(biāo)定參數(shù)將該散斑三維數(shù)據(jù)及標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)依次反投影到左、右條紋圖像上如圖5所示，左右對應(yīng)點上賦予序號，形成序號查找表。提取所述左、右條紋圖像上條紋中心并進行連通域分割，根據(jù)序號查找表進行條紋對應(yīng)線段的匹配。匹配完的線段對根據(jù)左、右相機的極線幾何約束關(guān)系進行對應(yīng)點查找如圖6所示，然后根據(jù)標(biāo)定參數(shù)進行三維重構(gòu)，生成三維條紋點云數(shù)據(jù)。重復(fù)上述步驟利用散斑數(shù)據(jù)進行實時拼接，將拼接矩陣作用到三維條紋點云數(shù)據(jù)上實現(xiàn)條紋圖像的實時掃描。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的三維掃描儀及其掃描方法中，通過被測物體的散斑圖像得到散斑三維數(shù)據(jù)及標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)，然后將該散斑三維數(shù)據(jù)及標(biāo)志點三維數(shù)據(jù)反投影到左、右條紋圖像并指導(dǎo)左、右條紋圖像條紋進行匹配，從而獲得三維條紋點云數(shù)據(jù)。該三維掃描儀相對傳統(tǒng)的三維掃描儀具有如下優(yōu)點：1、條紋匹配的精度或準(zhǔn)確性較高，從而可通過增加匹配的條紋數(shù)量來提高三維掃描系統(tǒng)的掃描效率；2、不用借助標(biāo)志點即可實現(xiàn)實時拼接；3、無需標(biāo)定條紋光平面，即無需通過光平面來指導(dǎo)左右圖像的匹配，對硬件的相對位置的安裝精度要求較低，降低了系統(tǒng)成本。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。