[发明专利]一种基于激光三维扫描的便携式智能设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种便携式智能设备,特别是涉及一种能够获取实物三维数据的便携式智能设备。

技术背景

当前，随着信息化和智能制造的不断发展以及万众创新、私人定制时代的来临，三维数据在整个国民经济活动中的地位将越来越重要，其应用也将会变得越来越普遍。同时，随着手机、平板等便携式智能终端设备的普及，使得人们获取外界信息的方式和种类越来越多样化和快捷。

有鉴于此，快捷和准确地获取实物三维数据的功能将会成为未来便携式智能设备的标配功能，此功能也将会是用户日常频繁使用的功能，如同目前便携式智能设备所常用的标配功能:录制声音、拍摄照片和视频、定位地理位置等功能。

发明人发现当前现有技术至少存在以下问题：

现有的便携式智能设备能获取诸如：音频、图像、视频、加速度和地理位置等外界信息,尚不能低成本、快捷、准确地获取实物的三维数据，同时目前工业、医疗、娱乐业所应用的专业级激光三维扫描仪体积和外设过大、价格高昂，不便于普通用户随身携带和大面积推广使用。

发明内容

为了解决现有技术中普通便携式智能设备尚无法获取实物三维数据的功能，本发明公开了一种基于激光三维扫描的便携式智能设备，此智能设备可以快捷、准确地获取实物的三维数据，以供后续的浏览、编辑、分析、共享和制造。

本发明的目的是利用现有智能手机或智能平板作为软、硬件资源平台，通过增加激光三维扫描模块和扫描应用程序，并配合一定的操作步骤实时获取实物的三维数据。具体的方案如下：

所述的激光三维扫描模块由数码摄像头和半导体激光器组成，用于实现投射扫描的激光光束和同步采集光学图像数据。所述的数码摄像头光轴与所述的半导体激光器投射轴线成一定角度，在一定范围内同步采集实物轮廓与投射激光光束相交产生的激光条纹的图像数据。

所述的数码摄像头由光学镜头、CCD或CMOS图像传感器组成，用来作为同步采集光学图像数据的接收器。所述的数码摄像头内置于便携式智能设备，数量至少1个。所述的数码摄像头的标定、校正、初始化以及拍摄控制由便携式智能设备软、硬件平台提供支持和控制。

所述的半导体激光器的类型可以是点或线形光束，线形光束可以是“一”字形、“十字”形、多平行线形或网格形，用来作为投射激光光束的发射器。所述的半导体激光器可以内置也可以外置于便携式智能设备，数量至少1个。所述的内置半导体激光器由便携式智能设备提供支持和控制，所述的外置半导体激光器由外部独立提供支持和控制。

所述的扫描应用程序主要作用是实现对激光扫描硬件资源的控制、光学图像的同步采集、图像处理、点云数据的生成、三维重构和后处理等。

为了完整获取实物的三维数据需要改变便携式智能设备和实物的相对空间位置，然后将在多个不同相对空间位置所获取的局部区域内的三维点云数据拼接并统一到同一个总体坐标系下，从而得到整个实物的三维数据。

本发明所述的点云数据拼接方式可采用两种方式：一种是利用随机分布于实物上的多个定位参考点进行自定位数据拼接；另一种是利用附加多自由度数控工作台进行辅助定位数据拼接。

所述的定位参考点满足以下规则：每一幅在不同位置采集到的光学图像中至少有三个公共的并且被有效识别的定位参考点；所述的三个公共的并且被有效识别的定位参考点不能在同一条直线上；定位参考点的总数量按照实物的复杂程度确定，参考点的位置是随机的。

所述的附加多自由度数控工作台用于实现工作台及其上的实物关于三个平移自由度和三个旋转自由度其中若干个自由度的运动和位置控制。

进一步的，针对所述的自定位激光三维扫描，所述的扫描应用程序主要具有以下功能：1.数码摄像头或半导体激光器的控制；2.图像数据的同步采集；3.图像数据的处理；4.点云数据的生成；5.三维重构、浏览、编辑和共享等后续处理。

进一步的，针对所述的附加多自由度数控工作台进行辅助空间定位的激光三维扫描，所述的扫描应用程序主要具有以下功能：1.数码摄像头、多自由度数控工作台或半导体激光器的控制；2.图像数据的同步采集；3.图像数据的处理；4.点云数据的生成；5.三维重构、浏览、编辑和共享等后续处理。

所述的图像数据的处理和点云数据的生成指的是采用机器视觉图像处理技术和视觉三角法测量原理对所采集到的图像数据进行在线或离线的滤波、阈值分割、激光条纹细化、定位参考点匹配、多个数码摄像头特征点的数据拟合、点云数据的坐标转换和生成。

附图说明