[实用新型]一种单目高速结构光扫描仪

说明书

技术领域

本实用新型属于三维扫描领域，涉及一种单目高速结构光扫描仪，特别是应用于数字格雷码光栅和相位光栅投影的三维扫描及测量技术中。它为手持式三维扫描仪和在线三维视觉系统提供了高速解决方案。

背景技术

三维扫描技术是运用适当的光学、电子、计算机图像处理等技术，非接触的获取被测物体外部形貌的方法和技术。在工业检测、逆向工程、生物医学、虚拟现实、文物保护、人体测量等众多领域中有广泛应用。

近年来，随着数字投影技术以及图像传感技术的发展，众多三维测量系统开始使用数字化设备，这种设备可以方便的使用计算机进行计算和处理，获得的三维数据量大且精度高，但由于数字光栅投射和图像数据获取没有有效的同步机制，现有的三维扫描仪也存在扫描速度相对较慢的缺点，每次三维数据获取需要不小于5秒钟，效率低下。

随着机器人、机联网、在线检测等技术的发展，以及市场对手持式三维扫描仪的需求越来越大，原有三维扫描仪的扫描效率成为了三维扫描技术进一步推广使用的瓶颈。市场迫切需要一种能够在短时间内完成扫描过程的高速三维扫描仪。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种单目高速结构光扫描仪，它建立了数字光栅投射和图像获取的同步机制，可将一次三维数据的获取时间减小至0.3秒以内，为手持式三维扫描仪和工业在线检测等应用提供了硬件平台。

为达到上述目的，本实用新型公开的一种单目高速结构光扫描仪，它由信号传输模块（1）、时序控制模块（2）、结构光生成模块（3）、微显示器（4）、投影镜头（5）、成像镜头（6）、图像传感器（7）、图像数据获取模块（8）组成；信号传输模块（1）和上位机进行通信，当接收到上位机发出的采集命令后，控制时序控制模块（2）同时启动控制结构光生成模块（3）和图像数据获取模块（8）进行扫描，结构光生成模块（3）产生的结构光信号发送至微显示器（4）上以后，由投影镜头（5）将图像投射到被测物体上；同时，成像镜头（6）将被测物体调制过的结构光图像成像在图像传感器（7）的感光面上，所获取的图像由图像数据获取模块（8）进行采集；最终由信号传输模块（1）将图像数据传输至上位机；信号传输模块（1）采用USB总线与上位机通信；时序控制模块（2）分别采集结构光生成模块（3）和图像数据获取模块（8）的同步信号并进行反馈，最终达到图像投射和采集的完全同步；时序控制模块（2）由FPGA来实现；投影镜头（5）和成像镜头（6）的光轴呈一定夹角；微显示器（4）既可以是微反射镜阵列DMD，也可以是硅基液晶LCoS；图像传感器（7）既可以是CCD图像传感器，也可以是CMOS图像传感器。

附图说明

图1是本实用新型的总体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细说明。

图1所示，本实用新型一种单目高速结构光扫描仪，它由信号传输模块（1）、时序控制模块（2）、结构光生成模块（3）、微显示器（4）、投影镜头（5）、成像镜头（6）、图像传感器（7）、图像数据获取模块（8）组成；信号传输模块（1）和上位机进行通信，当接收到上位机发出的采集命令后，控制时序控制模块（2）同时启动控制结构光生成模块（3）和图像数据获取模块（8）进行扫描，结构光生成模块（3）产生的结构光信号发送至微显示器（4）上以后，由投影镜头（5）将图像投射到被测物体上；同时，成像镜头（6）将被测物体调制过的结构光图像成像在图像传感器（7）的感光面上，所获取的图像由图像数据获取模块（8）进行采集；最终由信号传输模块（1）将图像数据传输至上位机；信号传输模块（1）采用USB总线与上位机通信；时序控制模块（2）分别采集结构光生成模块（3）和图像数据获取模块（8）的同步信号并进行反馈，最终达到图像投射和采集的完全同步；时序控制模块（2）由FPGA来实现；投影镜头（5）和成像镜头（6）的光轴呈一定角度的夹角；微显示器（4）既可以是微反射镜阵列DMD，也可以是硅基液晶LCoS；图像传感器（7）既可以是CCD图像传感器，也可以是CMOS图像传感器。