[发明专利]三维扫描仪及其三维模型重构方法

说明书

技术领域

本发明属于三维扫描领域中以采用光学方法为特征的计量设备及其计量方法。

本发明主要涉及到利用物理光路生成光学图案，在对光学采集设备进行标定后，利用光学采集设备采集图像，对采集到的图像进行图像处理并计算出被测件位置，对多次计算结果进行拼接等技术。能在工业、医疗服务业及文化产业上均能得到较有效的运用。

背景技术

三维扫描技术在工业、医疗服务业及文化产业上均有较广泛的应用，在工业上利用于逆向工程计算，以及对体积较大、刚性较弱、形状较复杂的工件进行结构及外形测量，在整形医疗服务业可用于创面分析、阴阳模设计，另外在三维动画设计上也能用到三维扫描技术。

对于传统的三维扫描设备多为接触式扫描器、激光扫描仪，扫描速度慢，操作复杂，对于被测件以及工作条件都有较严格的要求，在很多需要三维扫描技术的应用领域均不适用。最近发展起来的光栅式三维扫描技术尚处起步阶段，多项技术均有待完善。与传统设备不一样的是，光栅式三维扫描设备在每次数据采集后都将产生相对独立的海量点云数据，因此对多次采集所得到的数据进行拼接和融合的技术就显示尤于重要了。

发明内容

本发明的目的是设计了一种光栅扫描设备，并提出了一种利用此设备多次采集到的数据进行拼接的方法。

1.光栅式三维扫描仪

一种三维扫描仪(如图2)，其特征是由光栅生成设备③，图像采集设备①②，标定块④，计算机通讯板卡⑤及外围机械支撑设施构成，光栅生成设备③与计算机通讯板卡⑤连接，图像采集设备与计算机通讯板卡⑤连接，其数目可为一到八个，具体数目由系统精度要求以及被测物体大小规格而定，标定块④(如图3)是一个尺寸经过严格控制的印有精确图案的标准量块，计算机通讯板卡⑤是计算机控制图像采集设备的中介设备，可以是1394接口卡或USB接口卡，外围支撑设施可以是三脚机架、三坐标机床。

2.三维模型重构方法，其特征由以下步骤组成：

(1)首先对图像采集设备进行定标；

(2)采集被测件在不同结构光图案照射下所反射产生的图像，并由此计算出被测件上的反射点位置(点云)及贴于被测件上标志点的位置；

(3)点云数据拼接算法

第一步：在被测件上固定若干易于利用图像处理技术进行识别的标志点后，开始投射光栅并进行图像采集，每次图像采集都需保证能拍摄到多于三个以上的标志点，并保证所采集到的标志点图像具有足够的信息量；