一種具有陀螺儀的三維掃描裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及光學測量領域，具體涉及一種具有陀螺儀的三維掃描裝置。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有技術中利用三維掃描裝置:手機、攝像機、照相機等，對待掃描物體進行掃描時，通常是獲取待測物體相對于掃描器的重疊區(qū)域數(shù)據，然后利用該數(shù)據參數(shù)進行計算物體的圖像清晰度，此技術圖像拼接復雜，掃描裝置比較大，成本高，圖像清晰度比較低。

【發(fā)明內容】

[0003]本實用新型提供一種具有陀螺儀的三維掃描裝置，用于空間受限場所對復雜面形的快速、高精度三維采集和測量。具體的技術方案為:
[0004]—種具有陀螺儀的三維掃描裝置，其持征在于，包括:投影儀，所述投影儀通過投影鏡頭將結構光圖像照射到被測物體上；光學相機，與所述投影儀連接，所述光學相機通過成像鏡頭獲取被測物體表面的形貌信息；所述投影儀和/或所述光學相機內設有慣性檢測器，所述慣性檢測器包括MEMS陀螺儀，用于檢測所述投影儀和/或所述光學相機相對于所述物體的空間位置和位移，并產生代表該空間位置和位移的輸出信號。
[0005]進一步的，所述慣性檢測器還包括MEMS加速度計。
[0006]進一步的，所述光學相機到所述被測物體的光程為a，所述投影儀到到所述被測物體的光程為b，其中a Φ b，并且a:b為1:200至200:1。
[0007]進一步的，所述投影儀的光軸與所述光學相機的光軸之間的夾角為5°至90° ;所述投影儀與所述光學相機之間的基線距離為3-200mm。
[0008]進一步的，所述光學相機有兩個或更多個，其中任意兩個光學相機的光軸之間的夾角為5°至90°，任意兩個光學相機之間的基線距離為3-200mm。
[0009]進一步的，所述系統(tǒng)還包括上位機，所述投影儀與所述上位機之間采用有線或無線的方式連接。
[0010]進一步的，所述裝置構成有線膠囊式內窺鏡或無線膠囊式內窺鏡。
[0011 ] 進一步的，所述投影儀包括投影鏡頭和投影芯片以及驅動電路；所述光學相機包括成像鏡頭和光電陣列傳感器。
[0012]進一步的，所述投影鏡頭和所述成像鏡頭均采用遠心光路；所述投影芯片和所述驅動電路采用基于DLP或LCOS以及LCD等投影芯片的投影電路；所述光電陣列傳感器采用CCD或CMOS芯片。
[0013]本實用新型具有以下有益效果:
[0014]掃描裝置是微型設計，可以在空間受限場所對復雜面形的快速、高精度三維采集和測量，而通過陀螺儀和加速度計，可以使圖像采集無死角，使圖像效果更清晰，體積小、成本低，測量速度快，測量精度高。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型一種三維掃描系統(tǒng)工作原理的示意圖；
[0016]圖2為本實用新型一種三維掃描系統(tǒng)結構的示意圖；
[0017]其中，1、投影儀，2、光學相機，3、上位機，4、慣性檢測器5、平面反射鏡，11、投影儀的鏡頭，12、投影芯片及驅動電路，21、光學相機的成像鏡頭，22、光電陣列傳感器。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖對本實用新型的技術方案作進一步描述。
[0019]如圖1所示，一種具有陀螺儀的三維掃描裝置，包括投影儀1、光學相機2、上位機3和慣性檢測器4，其中，上位機3同時與投影儀I和光學相機2通過無線或有線方式連接，該上位機3是指可以直接發(fā)出操控命令用于操控該具有陀螺儀的三維掃描裝置的計算機，一方面用于在系統(tǒng)工作之前對投影儀I和光學相機2進行控制，另一方面用于同時向投影儀I和光學相機2發(fā)送相應數(shù)據信號，實現(xiàn)光學相機2的拍照動作與投影儀I的投影動作的精確同步；慣性檢測器4設于投影儀I內，也可以設于光學相機2內，或者，投影儀I和光學相機2內均設有慣性檢測器4，用于檢測投影儀I和/或光學相機相2對于物體的空間位置和位移，并產生代表該空間位置和位移的輸出信號。
[0020]如圖2所示，投影儀I包括投影鏡頭11和投影芯片以及驅動電路12 ;光學相機2包括成像鏡頭21和光電陣列傳感器22 ;慣性檢測器4包括MEMS陀螺儀和MEMS加速度計，它的操作范圍在微米范圍內，是一種用來傳感與維持方向的裝置，具有抗拒方向改變的趨向，所以當被測物體出現(xiàn)移動或旋轉時，利用MEMS陀螺儀和MEMS加速度計掃描出來的圖像更精確，效果更佳，靈敏度高，可靠性強。
[0021]投影儀I通過投影鏡頭11將上位機3編制好的結構光圖像照射到被測物體上，光學相機2通過成像鏡頭21觀察物體表面的變化情況，并獲取到物體表面形貌信息，將觀察到的物體表面信息送到上位機3進行解算，最終獲得被測物體的三維形貌信息，易操作，精確度高，測量無死角，從而使所測到的圖像清晰度高。
[0022]光學相機2到被測物體間的光程為a，投影儀I到被測物體間的光程為b，其中a古b，a:b = 1:200至200:1。作為例子，a:b = 95:105至105:95，具體，在本技術方案中，a 為 l_200mm，例如 2-150mm、3-120mm、4-100mm、5-80mm、6-60mm、8-50mm、10_40mm、約 20mm、30mm 等；b 為 l_200mm，例如 2-150mm、3-120mm、4-100mm、5-80mm、6-60mm、8-50mm、10_40mm、約 20mm、30mm等；比值a:b 為 1:150 至 150: 1、1:120 至 120: 1、1:100 至 100: 1、1:80 至 80: 1、1:60 至 60: 1、1:40 至 40: 1、1:20 至 20: 1、1:10 至 10: 1、1:8 至 8: 1、1:6 至 6: 1、1:4 至 4: 1、1:2至2:1、1.5:1至1:1.5、或1:1.2至1.2:1等。投影儀的光軸與所述光學相機的光軸之間的夾角為5°至90°，具體，在本技術方案中，該夾角為6°至80°、7°至70°、8°至60°、9° 至 50°、10° 至40°、15° 至 30°、約 20°、約 25°、約 35°、或約 45° 等。投影儀I與光學相機2之間的基線距離為3-200mm，具體，在本技術方案中，該基線距離為4_180mm、5-160mm、6-150mm、7-140mm、8-130mm、9-120mm、10—110mm、Il-100mm、12-90mm、13-80mm、14_70mm、15_60mm、16_50mm、17_40mm、18_30mm、19_25mm、或約 20mm 等。
[0023]通常，a和b的值越小、基線距離越大、光軸夾角越大，所得到的被測物體的三維圖像精度越高。如圖2所示，光學相機2可以有兩個。光學相機2也可多于兩個。當存在兩個或更多個光學相機時，任意兩個光學相機的光軸之間的夾角為5°至90°，任意兩個光學相機2之間的基線距離在3-200mm范圍，在本實施例中，兩個光學相機的光軸之間的夾角為 6° 至 80°、7° 至 70°、8° 至 60°、9° 至 50°、10° 至 40°、15° 至 30°、約 20°、約25°、約35°、或約45°等；兩個光學相機之間的基線距離為4-180mm、5-160mm、6-150mm、7-140mm、8-130mm、9-120mm、10-110mm、11-100mm.12_90mm、13_80mm、14_70mm、15-6Omm.16_50mm、17_40mm、18_30mm、19_25mm、或約 20mm 等。
[0024]另外，在被測物體的附近還設有平面反射鏡5，用于實現(xiàn)光軸轉向。在本技術方案中，投影鏡頭11和成像鏡頭21均采用遠心電路或光路。投影芯片及驅動電路12采用基于DLP或LCOS以及IXD等投影芯片的投影電路。光電陣列傳感器22采用CXD或CMOS芯片。
[0025]在本實施例中的裝置主要用于口腔、耳、鼻、喉內窺鏡或膠囊式內窺鏡等微型檢測儀器中，這里所指的微型是指體積比較小或比較短的裝置。
[0026]在以上的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本實用新型。但是以上描述僅是本實用新型的較佳實施例而已，本實用新型能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，因此本實用新型不受上面公開的具體實施的限制。同時任何熟悉本領域技術人員在不脫離本實用新型技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本實用新型技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本實用新型技術方案保護的范圍內。
【主權項】
1.一種具有陀螺儀的三維掃描裝置，其持征在于，包括:投影儀，所述投影儀通過投影鏡頭將結構光圖像照射到被測物體上；光學相機，與所述投影儀連接，所述光學相機通過成像鏡頭獲取被測物體表面的形貌信息；所述投影儀和/或所述光學相機內設有慣性檢測器，所述慣性檢測器包括MEMS陀螺儀，用于檢測所述投影儀和/或所述光學相機相對于所述物體的空間位置和位移，并產生代表該空間位置和位移的輸出信號。2.如權利要求1所述的一種具有陀螺儀的三維掃描裝置，其特征在于，所述慣性檢測器還包括MEMS加速度計。3.如權利要求1所述的一種具有陀螺儀的三維掃描裝置，其特征在于，所述光學相機到所述被測物體的光程為a，所述投影儀到到所述被測物體的光程為b，其中a # b，并且a:b 為 1:200 至 200:1。4.如權利要求1所述的一種具有陀螺儀的三維掃描裝置，其特征在于，所述投影儀的光軸與所述光學相機的光軸之間的夾角為5°至90° ;所述投影儀與所述光學相機之間的基線距離為3_200mm。5.如權利要求1所述的一種具有陀螺儀的三維掃描裝置，其特征在于，所述光學相機有兩個或更多個，其中任意兩個光學相機的光軸之間的夾角為5°至90°，任意兩個光學相機之間的基線距離為3-200mm。6.如權利要求1所述的一種具有陀螺儀的三維掃描裝置，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括上位機，所述投影儀與所述上位機之間采用有線或無線的方式連接。7.如權利要求1所述的一種具有陀螺儀的三維掃描裝置，其特征在于，所述裝置構成有線膠囊式內窺鏡或無線膠囊式內窺鏡。8.如權利要求1所述的一種具有陀螺儀的三維掃描裝置，其特征在于，所述投影儀包括投影鏡頭和投影芯片以及驅動電路；所述光學相機包括成像鏡頭和光電陣列傳感器。9.如權利要求8所述的一種具有陀螺儀的三維掃描裝置，其特征在于，所述投影鏡頭和所述成像鏡頭均采用遠心光路；所述投影芯片和所述驅動電路采用基于DLP或LCOS以及IXD投影芯片的投影電路；所述光電陣列傳感器采用CXD或CMOS芯片。
【專利摘要】一種具有陀螺儀的三維掃描裝置，其持征在于，包括：投影儀，所述投影儀通過投影鏡頭將結構光圖像照射到被測物體上；光學相機，與所述投影儀連接，所述光學相機通過成像鏡頭獲取被測物體表面的形貌信息；所述投影儀和/或所述光學相機內設有慣性檢測器，所述慣性檢測器包括MEMS陀螺儀，用于檢測所述投影儀和/或所述光學相機相對于所述物體的空間位置和位移，并產生代表該空間位置和位移的輸出信號，本實用新型解決了空間受限場所對物體的復雜面形的快速、高精度三維采集和測量問題。
【IPC分類】G01B11/00
【公開號】CN204831192
【申請?zhí)枴緾N201520560015
【發(fā)明人】張進, 羅劍, 敖明武, 王岱, 謝小甫, 吳明軍, 魯宇, 莊富強, 向賢毅
【申請人】寧波頻泰光電科技有限公司
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年7月29日