[发明专利]一种无线手持3D激光扫描系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维立体检测、移动计算与信号处理领域，尤其是涉及一种无线手持3D激光扫描系统。

背景技术

随着社会与科技的不断进步，对于产品测绘精度及速度的要求不断提高，这一点在逆向工程、快速成型领域体现的尤为突出。3D激光扫描是近期兴起的一种物体轮廓高效实时测绘方法，用来采集并分析现实世界中物体或环境的形状(几何构造)与外观数据(如颜色、表面反照率等性质)。采集到的数据可用来进行三维重建计算，并创建实际物体的虚拟数字模型。此项技术及其相关衍生产品已经在机械制造、工业设计、缺损检测、逆向工程、机器人导引、地貌测量、医学信息、生物信息、刑事鉴定、数字文物典藏、电影制片、游戏创作素材等领域获得广泛应用。

利用3D激光扫描技术获取目标的空间点云(Point Cloud)数据。这些点可用来插补成物体的表面形状，越密集的点云可以创建更精确的模型。若扫描仪能够取得表面颜色，则可进一步在重建的表面上粘贴材质贴图，亦即所谓的材质印射(Texture Mapping)。

3D激光扫描技可模拟为照相机，它们的视线范围都体现圆锥状，信息的搜集皆限定在一定的范围内。两者不同之处在于相机所抓取的是颜色信息，而三维扫描仪测量的是距离。在此基础上，可快速建立曲率可变、结构复杂、不规则的场景的三维可视化数字模型，进而迅速得到任何的距离、面积、体积的测量结果。

当前，3D激光扫描技技术所涉及的测距方法主要有时差测距与几何测距两种。

时差测距是测定仪器所发出的激光脉冲往返一趟的时间换算而得。即仪器发射一个激光脉冲，打到物体表面后反射，再由仪器内的探测器接收信号，并记录时间。由于光速为已知条件，光信号往返一趟的时间即可换算为信号所行走的距离，此距离又为仪器到物体表面距离的两倍。激光测距仪每发一个激光信号只能测量单一点到仪器的距离。因此，扫描仪若要扫描完整的视野，就必须使每个激光信号以不同的角度发射。

几何测距法是3D激光扫描仪发射一道激光到待测物上，并利用摄影机查找待测物上的激光光点。随着待测物(距离三角测距3D激光扫描仪)距离的不同，激光光点在摄影机画面中的位置亦有所不同。通过摄影机画面中激光光点的位置，可以决定出摄影机位于几何形中的角度，进而可计算出待测物的距离。

通过对国内外3D激光扫描技术的研究及相关产品的调研发现，当前3D激光扫描系统一般采用如下模式：利用单条或多条激光采集目标物体的轮廓数据，然后将数据传送至便携式计算机或固定PC机，进而进行点云处理与三维立体重建。上述模式存在的主要问题为：数据处理依赖普通计算机，灵活性较差；采集端与计算机一般为有线连接，测量的视角范围受到限制；采集端无处理功能，不能满足用户的即时需求。

发明内容

为了克服已有3D激光扫描技术的灵活性较差、视觉范围受限、实时性较差的不足，本发明提供一种灵活性较好、视觉范围较大、实时性良好的无线手持3D激光扫描系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种无线手持3D激光扫描系统，包括手持式3D激光扫描数据采集子系统、便携式3D数据在线处理显示及控制子系统与便携式3D数据服务端存储与分析子系统，所述手持式3D激光扫描数据采集子系统与便携式3D数据在线处理显示及控制子系统相连，二者为一一对应关系，并安装在同一支撑框架内，构成可独立完成3D轮廓扫描的便携式亚系统；便携式3D数据在线处理显示及控制子系统与便携式3D数据服务端存储与分析子系统相连；

所述的手持式3D激光扫描数据采集子系统包括多目图像数据采集模块和多线激光测量模块，所述的多目图像数据采集模块包含三个摄像头，三个摄像头呈等边三角形放置且相互间构成相同的空间角度；所述的多线激光测量模块包含三个线状激光器，三个线状激光器也呈等边三角形放置，所述线状激光器射出的激光面相互间所成的三个平面空间角度相同；

所述的便携式3D数据在线处理显示及控制子系统包括第一高速无线网络通信模块、人机接口模块、数据存储模块、电源管理模块和用于实现对数据采集、A/D转换、预处理、在线分析、无线通信、数据存储的管理与控制的嵌入式主控模块，所述第一高速无线网络通信模块、人机接口模块、数据存储模块与电源管理模块均和嵌入式主控模块连接；