一種無(wú)需在物體表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)的三維掃描系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種無(wú)需在物體表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)的三維掃描系統(tǒng)，包括三維掃描模組和粘貼在掃描基板上的若干編碼標(biāo)志點(diǎn)，所述三維掃描模組包括雙目視覺(jué)追逐傳感模組、加速度傳感模組和陀螺儀傳感模組，所述陀螺儀傳感模組分別與雙目視覺(jué)追逐傳感模組、加速度傳感模組連接，所述雙目視覺(jué)追逐傳感模組、加速度傳感模組和陀螺儀傳感模組均固定在PCB線路板上，所述PCB線路板固定在所述三維掃描模組的殼體內(nèi)側(cè)。本實(shí)用新型提供了一種無(wú)需在物體表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)的三維掃描系統(tǒng)，該系統(tǒng)工作時(shí)無(wú)需在待掃描物體表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)，不會(huì)造成數(shù)據(jù)的破壞和紋理的缺失，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、高效率、高精度、高分辨率的特點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種無(wú)需在物體表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)的三維掃描系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于測(cè)繪技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無(wú)需在物體表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)的三維掃描系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]三維掃描系統(tǒng)用來(lái)偵測(cè)并分析現(xiàn)實(shí)世界中物體或環(huán)境的形狀(幾何構(gòu)造)與外觀數(shù)據(jù)(如顏色、表面反照率等性質(zhì))，搜集到的數(shù)據(jù)常被用來(lái)進(jìn)行三維重建計(jì)算，在虛擬世界中創(chuàng)建實(shí)際物體的數(shù)字模型，這些模型具有相當(dāng)廣泛的用途，舉凡工業(yè)設(shè)計(jì)、瑕疵檢測(cè)、逆向工程、機(jī)器人導(dǎo)引、地貌測(cè)量、醫(yī)學(xué)信息、生物信息、刑事鑒定、數(shù)字文物典藏、電影制片、游戲創(chuàng)作素材等等都可見(jiàn)其應(yīng)用。
[0003]一個(gè)三維掃描系統(tǒng)在采集數(shù)據(jù)的過(guò)程中分為以下步驟:
[0004](I)單片三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲??；
[0005](2)獲取兩片不同角度三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼接；
[0006](3)重復(fù)以上過(guò)程實(shí)現(xiàn)多片三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼接。
[0007]傳統(tǒng)的三維掃描系統(tǒng)在兩片(多片)三維數(shù)據(jù)獲取和拼接中主要通過(guò)兩種技術(shù)路線:
[0008]第一種是在待掃描物體表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)，獲取兩片不同角度以標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)為基準(zhǔn)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再做兩片三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)拼接，在這個(gè)過(guò)程中因?yàn)樾枰谖矬w表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)，會(huì)對(duì)物體表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)部分的數(shù)據(jù)造成破壞和紋理的缺失；
[0009]第二種是在待掃描物體下面加設(shè)一個(gè)電動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)和運(yùn)動(dòng)控制模組，先在一個(gè)角度拍攝一片三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后用上位機(jī)控制轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，將轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)量和角度信息回傳給上位機(jī)，然后拍攝第二幅三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，最后在數(shù)據(jù)處理的時(shí)候，算法通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)回傳回來(lái)的角度信息做兩片三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)兩片(多片)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼接，這種方式雖然不需要在物體表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)，但是對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)和運(yùn)動(dòng)控制的精度要求極高，轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)備成本高，而且要求三維掃描模組部分和轉(zhuǎn)臺(tái)之間的相對(duì)位置固定，掃描模組不能任意移動(dòng)，不然無(wú)法轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系，多片點(diǎn)云數(shù)據(jù)無(wú)法拼接，會(huì)造成掃描過(guò)程中，視野和角度受限的情況。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0010]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本實(shí)用新型提供了一種無(wú)需在物體表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)的三維掃描系統(tǒng)，該系統(tǒng)工作時(shí)無(wú)需在待掃描物體表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)，不會(huì)造成數(shù)據(jù)的破壞和紋理的缺失，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、高效率、高精度、高分辨率的特點(diǎn)。
[0011 ]為實(shí)現(xiàn)實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0012]一種無(wú)需在物體表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)的三維掃描系統(tǒng)，包括三維掃描模組和粘貼在掃描基板上的若干編碼標(biāo)志點(diǎn)，所述三維掃描模組包括雙目視覺(jué)追逐傳感模組、加速度傳感模組和陀螺儀傳感模組，所述陀螺儀傳感模組分別與雙目視覺(jué)追逐傳感模組、加速度傳感模組連接，所述雙目視覺(jué)追逐傳感模組、加速度傳感模組和陀螺儀傳感模組均固定在PCB線路板上，所述PCB線路板固定在所述三維掃描模組的殼體內(nèi)側(cè)。
[0013]通過(guò)標(biāo)定，把雙目視覺(jué)追逐傳感模組、加速度傳感模組和陀螺儀傳感模組之間進(jìn)行坐標(biāo)系綁定和歸一，形成定位信息模組，再把定位信息模組和掃描基板上的編碼標(biāo)志點(diǎn)之間建立起聯(lián)系，使定位信息模組可以精確輸出相對(duì)編碼標(biāo)志點(diǎn)的X、Y、Z、俯仰、加速度方向、平移等位置變換信息。
[0014]通過(guò)標(biāo)定，建立起定位信息模組和三維掃描模組之間的世界坐標(biāo)系關(guān)系，同時(shí)將兩個(gè)坐標(biāo)系進(jìn)行歸一，建立起三維掃描模組相對(duì)于掃描基板上編碼標(biāo)志點(diǎn)之間的坐標(biāo)系聯(lián)系，可以精確得到三維掃描模組相對(duì)編碼標(biāo)志點(diǎn)的X、Y、Z、俯仰、加速度方向、平移等位置變換信息。
[0015]當(dāng)三維掃描模組從物體不同角度拍攝物體時(shí)，每一個(gè)角度獲得以三維掃描模組為中心的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，結(jié)合從定位信息模組獲取的三維掃描模組相對(duì)于編碼標(biāo)志點(diǎn)的Χ、Υ、Ζ、俯仰、加速度方向、平移等位置變換信息，可以進(jìn)行幾片不同三維數(shù)據(jù)之間以三維掃描模組為中心的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)坐標(biāo)系歸一和轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)多角度拍攝的三維掃描數(shù)據(jù)之間的拼接。
[0016]優(yōu)選為，所述雙目視覺(jué)追逐傳感模組包括光學(xué)鏡頭、傳感器和圖像采集分析模組，所述光學(xué)鏡頭、傳感器和圖像采集分析模組兩兩相連，光學(xué)鏡頭用于對(duì)追逐目標(biāo)進(jìn)行成像，圖像采集分析模組用于實(shí)現(xiàn)圖像采集和視覺(jué)分析，所述雙目視覺(jué)追逐傳感模組集成度高、精度高、速度快、成本低，可完成傳統(tǒng)追逐模組無(wú)法完成的高速目標(biāo)追逐任務(wù)。
[0017]優(yōu)選為，所述加速度傳感模組包括光遮擋物和光路，所述光路包含發(fā)光單元和對(duì)應(yīng)的光敏單元，光敏單元用于檢測(cè)光路的遮擋情況并傳遞加速度數(shù)據(jù)，可以方便地定制不同精度的加速度傳感器。
[0018]優(yōu)選為，所述陀螺儀傳感模組包括金屬支架、傳感元件和基座，所述傳感元件設(shè)于金屬支架內(nèi)，所述傳感元件固定在所述基座上，所述基座包括底座及固定在底座上的電極支撐架，所述陀螺儀傳感模組用于確定待掃描物體關(guān)于Χ、γ或Z軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，傳感元件可用振動(dòng)傳感方式，電極支撐架可以支撐并激發(fā)所述傳感元件，傳感元件用于確定待掃描物體在X、Y、Z軸上的旋轉(zhuǎn)位移。
[0019]優(yōu)選為，所述三維掃描模組還包括圖像采集模組，所述圖像采集模組通過(guò)金工件與PCB線路板連接，所述圖像采集模組還與雙目視覺(jué)追逐傳感模組連接，獲取的信息經(jīng)分析后交由加速度傳感模組和陀螺儀傳感模組運(yùn)用，圖像采集模組的主體是相機(jī)模組，用于照片拍攝、編碼圖案信息的采集。
[0020]優(yōu)選為，所述三維掃描模組還包括激光對(duì)焦模組，用于定焦，控制拍攝的位置及距離，所述激光對(duì)焦模組通過(guò)金工件與PCB線路板連接。
[0021]優(yōu)選為，所述三維掃描模組還包括微型投影儀模組，可投影出編碼圖案，用于條幅數(shù)據(jù)的控制，所述微型投影儀模組通過(guò)金工件與PCB線路板連接。
[0022]優(yōu)選為，所述三維掃描模組還包括無(wú)線傳輸模組，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，所述無(wú)線傳輸模組與PCB線路板連接。
[0023]優(yōu)選為，所述三維掃描模組還包括電池模組，所述電池模組固定在三維掃描模組的殼體內(nèi)側(cè)，電池模組作為備用電源，在突然停電時(shí)仍能保持三維掃描模組繼續(xù)工作。
[0024]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0025]1、無(wú)需在物體表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)三維掃描方式中需要在物體表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)的問(wèn)題，不會(huì)破壞物體表面三維數(shù)據(jù)和紋理信息；
[0026]2、編碼標(biāo)志點(diǎn)自帶變號(hào)功能，可以任意放置，單幅掃描時(shí)只需要至少一枚編碼標(biāo)志點(diǎn)在雙目視覺(jué)追逐傳感模組視域內(nèi)即可，三維掃描模組移動(dòng)時(shí)只需至少兩枚編碼標(biāo)志點(diǎn)在雙目視覺(jué)追逐傳感模組視域內(nèi)即可，該三維掃描系統(tǒng)高度集成化，使用靈活方便，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)移動(dòng)和實(shí)時(shí)拼接數(shù)據(jù)；
[0027]3、該三維掃描系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高集成度、高分辨率、高效率、高精度、速度快、成本低的特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1是本實(shí)用新型的使用狀態(tài)圖；
[0029]圖2是本實(shí)用新型的外部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3是本實(shí)用新型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031 ]圖4是本實(shí)用新型的雙目視覺(jué)追逐傳感模組的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖5是本實(shí)用新型的加速度傳感模組的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖6是本實(shí)用新型的陀螺儀傳感模組的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]以上附圖中:1、三維掃描模組;2、掃描基板;3、編碼標(biāo)志點(diǎn)；4、雙目視覺(jué)追逐傳感模組;5、加速度傳感模組;6、陀螺儀傳感模組;7、PCB線路板;8、殼體;9、光學(xué)鏡頭；10、傳感器；11、圖像采集分析模組；12、光路；13、光敏單元；14、金屬支架；15、傳感元件；16、基座；17、電極支撐架；18、待掃描物體；19、圖像采集模組；20、激光對(duì)焦模組;21、微型投影儀模組;22、無(wú)線傳輸模組;23、電池模組。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖通過(guò)【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0036]如圖1至圖6所示，一種無(wú)需在物體表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)的三維掃描系統(tǒng)，包括三維掃描模組I和粘貼在掃描基板2上的若干編碼標(biāo)志點(diǎn)3，所述三維掃描模組I包括雙目視覺(jué)追逐傳感模組4、加速度傳感模組5和陀螺儀傳感模組6，所述陀螺儀傳感模組6分別與雙目視覺(jué)追逐傳感模組4、加速度傳感模組5連接，所述雙目視覺(jué)追逐傳感模組4、加速度傳感模組5和陀螺儀傳感模組6均固定在PCB線路板7上，所述PCB線路板7固定在所述三維掃描模組I的殼體8內(nèi)側(cè)，所述雙目視覺(jué)追逐傳感模組4包括光學(xué)鏡頭9、傳感器10和圖像采集分析模組11，所述光學(xué)鏡頭9、傳感器10和圖像采集分析模組11兩兩相連，光學(xué)鏡頭9用于對(duì)追逐目標(biāo)進(jìn)行成像，圖像采集分析模組11用于實(shí)現(xiàn)圖像采集和視覺(jué)分析，所述雙目視覺(jué)追逐傳感模組4集成度高、精度高、速度快、成本低，可完成傳統(tǒng)追逐模組無(wú)法完成的高速目標(biāo)追逐任務(wù)，所述加速度傳感模組5包括光遮擋物和光路12，所述光路12包含發(fā)光單元和對(duì)應(yīng)的光敏單元13，光敏單元13用于檢測(cè)光路12的遮擋情況并傳遞加速度數(shù)據(jù)，可以方便地定制不同精度的加速度傳感器，所述陀螺儀傳感模組6包括金屬支架14、傳感元件15和基座16，所述傳感元件15設(shè)于金屬支架14內(nèi)，所述傳感元件15固定在所述基座16上，所述基座16包括底座及固定在底座上的電極支撐架17，所述陀螺儀傳感模組6用于確定待掃描物體18關(guān)于X、Y或Z軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，傳感元件15可用振動(dòng)傳感方式，電極支撐架17可以支撐并激發(fā)所述傳感元件15，傳感元件15用于確定待掃描物體在X、Y、Z軸上的旋轉(zhuǎn)位移，所述三維掃描模組I還包括圖像采集模組19，所述圖像采集模組19通過(guò)金工件與PCB線路板7連接，所述圖像采集模組19還與雙目視覺(jué)追逐傳感模組4連接，獲取的信息經(jīng)分析后交由加速度傳感模組5和陀螺儀傳感模組6運(yùn)用，圖像采集模組19的主體是相機(jī)模組，用于照片拍攝、編碼圖案信息的采集，所述三維掃描模組I還包括激光對(duì)焦模組20，用于定焦，控制拍攝的位置及距離，所述激光對(duì)焦模組20通過(guò)金工件與PCB線路板7連接，所述三維掃描模組I還包括微型投影儀模組21，可投影出編碼圖案，用于條幅數(shù)據(jù)的控制，所述微型投影儀模組21通過(guò)金工件與PCB線路板7連接，所述三維掃描模組I還包括無(wú)線傳輸模組22，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，所述無(wú)線傳輸模組22與PCB線路板7連接，所述三維掃描模組I還包括電池模組23，所述電池模組23固定在三維掃描模組I的殼體8內(nèi)側(cè)，電池模組23作為備用電源，在突然停電時(shí)仍能保持三維掃描模組I繼續(xù)工作。
[0037]通過(guò)標(biāo)定，把雙目視覺(jué)追逐傳感模組4、加速度傳感模組5和陀螺儀傳感模組6之間進(jìn)行坐標(biāo)系綁定和歸一，形成定位信息模組，再把定位信息模組和掃描基板2上的編碼標(biāo)志點(diǎn)3之間建立起聯(lián)系，使定位信息模組可以精確輸出相對(duì)編碼標(biāo)志點(diǎn)3的Χ、Υ、Ζ、俯仰、加速度方向、平移等位置變換信息。
[0038]通過(guò)標(biāo)定，建立起定位信息模組和三維掃描模組I之間的世界坐標(biāo)系關(guān)系，同時(shí)將兩個(gè)坐標(biāo)系進(jìn)行歸一，建立起三維掃描模組I相對(duì)于掃描基板2上編碼標(biāo)志點(diǎn)3之間的坐標(biāo)系聯(lián)系，可以精確得到三維掃描模組I相對(duì)編碼標(biāo)志點(diǎn)3的X、Y、Z、俯仰、加速度方向、平移等位置變換信息。
[0039]當(dāng)三維掃描模組I從物體不同角度拍攝物體時(shí)，每一個(gè)角度獲得以三維掃描模組I為中心的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，結(jié)合從定位信息模組獲取的三維掃描模組I相對(duì)于編碼標(biāo)志點(diǎn)3的Χ、Υ、Ζ、俯仰、加速度方向、平移等位置變換信息，可以進(jìn)行幾片不同三維數(shù)據(jù)之間以三維掃描模組I為中心的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)坐標(biāo)系歸一和轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)多角度拍攝的三維掃描數(shù)據(jù)之間的拼接。
[0040]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(lèi)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(zhuān)利范圍之中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無(wú)需在物體表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)的三維掃描系統(tǒng)，其特征在于:包括三維掃描模組和粘貼在掃描基板上的若干編碼標(biāo)志點(diǎn)，所述三維掃描模組包括雙目視覺(jué)追逐傳感模組、加速度傳感模組和陀螺儀傳感模組，所述陀螺儀傳感模組分別與雙目視覺(jué)追逐傳感模組、加速度傳感模組連接，所述雙目視覺(jué)追逐傳感模組、加速度傳感模組和陀螺儀傳感模組均固定在PCB線路板上，所述PCB線路板固定在所述三維掃描模組的殼體內(nèi)側(cè)。2.如權(quán)利要求1所述無(wú)需在物體表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)的三維掃描系統(tǒng)，其特征在于:所述雙目視覺(jué)追逐傳感模組包括光學(xué)鏡頭、傳感器和圖像采集分析模組，所述光學(xué)鏡頭、傳感器和圖像采集分析模組兩兩相連。3.如權(quán)利要求1所述無(wú)需在物體表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)的三維掃描系統(tǒng)，其特征在于:所述加速度傳感模組包括光遮擋物和光路，所述光路包含發(fā)光單元和對(duì)應(yīng)的光敏單元。4.如權(quán)利要求1至3任一所述無(wú)需在物體表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)的三維掃描系統(tǒng)，其特征在于:所述陀螺儀傳感模組包括金屬支架、傳感元件和基座，所述傳感元件設(shè)于金屬支架內(nèi)，所述傳感元件固定在所述基座上，所述基座包括底座及固定在底座上的電極支撐架。5.如權(quán)利要求1所述無(wú)需在物體表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)的三維掃描系統(tǒng)，其特征在于:所述三維掃描模組還包括圖像采集模組，所述圖像采集模組通過(guò)金工件與PCB線路板連接，所述圖像采集模組還與雙目視覺(jué)追逐傳感模組連接，獲取的信息經(jīng)分析后交由加速度傳感模組和陀螺儀傳感模組運(yùn)用。6.如權(quán)利要求1所述無(wú)需在物體表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)的三維掃描系統(tǒng)，其特征在于:所述三維掃描模組還包括激光對(duì)焦模組，所述激光對(duì)焦模組通過(guò)金工件與PCB線路板連接。7.如權(quán)利要求1所述無(wú)需在物體表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)的三維掃描系統(tǒng)，其特征在于:所述三維掃描模組還包括微型投影儀模組，所述微型投影儀模組通過(guò)金工件與PCB線路板連接。8.如權(quán)利要求1所述無(wú)需在物體表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)的三維掃描系統(tǒng)，其特征在于:所述三維掃描模組還包括無(wú)線傳輸模組，所述無(wú)線傳輸模組與PCB線路板連接。9.如權(quán)利要求1所述無(wú)需在物體表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)的三維掃描系統(tǒng)，其特征在于:所述三維掃描模組還包括電池模組，所述電池模組固定在三維掃描模組的殼體內(nèi)側(cè)。
【文檔編號(hào)】G06T3/40GK205664784SQ201620549839
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月8日
【發(fā)明人】茹方軍, 李冠楠, 馬威武, 魏愛(ài)權(quán)
【申請(qǐng)人】杭州非白三維科技有限公司