[发明专利]一种桌面式大视场三维扫描装置及方法

说明书

本发明公开了一种桌面式三维扫描装置及方法，一种桌面式大视场三维扫描装置，由多组相机、激光MEMS振镜投影仪和精密旋转台构成，投影仪布置在多组相机中间，用于投影结构光；多组相机对称分布在投影仪两侧，其中对称的两个相机为一组。本发明可以覆盖从较小体积到大体积物体的三维扫描，物体越小，测量精度越高；本方法可以实现一键式扫描，得到比较好的360度完整模型。

技术领域

本发明属于光学检测领域，涉及一种三维轮廓的光学检测方法，特别是一种大景深、大视场的结构光三维测量方法。

背景技术

三维扫描在逆向工程、工业检测、文物保护等方面已有重要的应用，随着3D打印的普及，三维扫描在逆向设计、教育培训等行业的应用更为广泛。已有三维扫描仪主要针对工业检测等专业领域，面向广大逆向设计、3D打印教育等产业的普通消费者的扫描仪较少。

目前，三维扫描通常采用激光线扫描、白光结构光、立体视觉等方法。激光线扫描发展最为成熟，测量景深大，但是其效率低、拼接精度低，对运动装置精度要求高，成本高。白光结构光效率高，但是其系统标定困难。立体视觉技术存在立体匹配的不确定性是测量精度低。把白光结构光中的相移轮廓术与双目立体视觉的方法相结合，克服了相移轮廓术标定难的问题和立体视觉匹配难的问题。但是此方法需要通过DLP投影装置编码光，其测量景深受投影景深的限制；同时测量视场受双目视觉的三角关系夹角的影响。在实际使用中，物体的大小和形状各异，景深不足导致测量失效等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种桌面式三维扫描装置，该装置采用激光MEMS振镜投影装置来提高投影景深；采用多组相机来捕捉不同的视场范围内的变形条纹图，提高测量范围；用精密旋转台标定多个角度模型之间的位置关系拼接成完整模型。本发明可以覆盖从较小体积到大体积物体的三维扫描，同时被测物体越小，测量精度越高；本方法可以实现一键式扫描，得到比较好的360度完整模型。

本发明的目的为提供一种桌面式大视场桌三维扫描装置。

其技术方案为：

由4到10个相机、1个激光MEMS振镜投影装置和精密旋转台构成；激光MEMS振镜投影装置布置在中间，用于投影结构光,相机两两对称放置在激光MEMS振镜投影装置两侧，对称放置的相机之间的距离为L1、L2、L3、L4、L5，其中L1<L2<L3<L4<L5；转台放置在上述相机的一个或多个视场范围内。转台放置在上述相机的一个或多个视场范围内。

激光MEMS振镜扫描投影装置作为三维扫描的投影光源，激光MEMS振镜扫描投影系统区别于传统的DLP、LCD等投影系统，没有投影镜头，其原理是激光通过MEMS振镜反射投影到物体表面，MEMS振镜做二维振动实现空间的二维图像扫描，同时电流调制激光器光强，生成灰度变化的图像。由于其光源为激光，大大提升了投影深度范围。

多组相机分别用于拍摄不同视场内的结构光以匹配投影装置景深，提高扫描仪的测量范围。由于相机成本比投影装置低很多，设备成本并没有增加很多，但是大幅提高了测量范围和性能。同时，满足双目立体视觉的基本条件，每组相机视场尽可能重合，夹角一般为10°到60°，优选为15°到45°。

装置在三维扫描时，物体放置在旋转台上转动N次，每次旋转α度，N＝360/α次，N为整数。每转一次，用激光MEMS振镜投影一组光栅图案或线状图案到物体表面，用上述相机拍摄物体表面的图案，传输到计算机上进行三维点云计算；

标定精密旋转台中心与相机之间的位置关系，根据标定结果，对各角度重建的三维模型进行刚性变换，得到粗拼接的完整模型；用ICP进行优化拼接，得到360度三维数字模型。

有益效果