[发明专利]一种三维扫描系统及其扫描方法

权利要求书

1.一种三维扫描系统，用于获取被测物体的三维条纹点云数据，其包括：

光源，用于在所述被测物体先后交替投射多个散斑图案及条纹图案；

左、右相机，用于同步采集所述被测物体的左、右散斑图像及左、右条纹图像；

散斑数据及标志点数据重构模组，用于根据所述散斑图像得到散斑三维数据及标志点三维数据；

条纹匹配模块，用于根据所述散斑三维数据及标志点三维数据反投影到左、右条纹图像并指导左、右条纹图像条纹进行匹配，所述条纹匹配包括：基于散斑图像的标志点与条纹图像的标志点确定条纹图像相对散斑图像的像素坐标偏差；根据左右相机各自的标定参数及像素坐标偏差确定散斑三维数据反投影到左、右条纹图像上的反投影坐标；基于左、右条纹图像上对应的反投影坐标确定左、右条纹图像上的对应条纹线段；

三维重构模块，用于将左、右条纹图像匹配好的对应条纹，重建为三维条纹点云数据。

2.如权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，所述条纹图案为自然光条纹图案。

3.如权利要求2所述的三维扫描系统，其特征在于，所述条纹图案中的条纹条数大于15。

4.如权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，所述三维扫描系统为手持式三维扫描系统。

5.如权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，进一步包括散斑拼接模块，用于利用前后两帧散斑数据公共区域的点云进行ICP拼接，计算出两帧之间的旋转平移矩阵R、T。

6.如权利要求5所述的三维扫描系统，其特征在于，进一步包括数据融合模块，用于根据散斑拼接所得到的旋转平移矩阵R、T作用到三维条纹点云数据上进行融合，从而实现条纹图像的三维扫描。

7.一种三维扫描系统，用于获取被测物体的三维条纹点云数据，其包括：

一光源，用于在所述被测物体先后交替投射多个散斑图案及条纹图案；

左、右相机，用于同步采集所述被测物体的左、右散斑图像及左、右条纹图像；

一数据处理单元，用于根据所述散斑图像得到散斑三维数据及标志点三维数据，同时根据所述散斑三维数据及标志点三维数据反投影到左、右条纹图像并指导左、右条纹图像的条纹进行匹配，所述条纹匹配包括：基于散斑图像的标志点与条纹图像的标志点确定条纹图像相对散斑图像的像素坐标偏差；根据左右相机各自的标定参数及像素坐标偏差确定散斑三维数据反投影到左、右条纹图像上的反投影坐标；基于左、右条纹图像上对应的反投影坐标确定左、右条纹图像上的对应条纹线段，进而将左、右条纹图像匹配好的对应条纹，重建为三维条纹点云数据。

8.一种三维扫描方法，其包括如下步骤：

(1)设备构建：构建由两个相机和光源组成的三维数字成像传感器；

(2)系统标定：对左右相机进行标定，获得标定参数；

(3)投影与图像采集：先后交替生成散斑图案及条纹图案，并用光源向被测物体投射，所述散斑图案及条纹图案被被测物体的高度调制发生变形，产生调制后的散斑图案及条纹图案，左右相机同步采集调制后的散斑图案得到左、右散斑图像，左右相机同步采集调制后的条纹图案得到左、右条纹图像；

(4)散斑及标志点三维数据重构：根据采集到的左、右散斑图像，进行三维重构得到散斑三维数据PtS及标志点三维数据PtM；

(5)条纹匹配：将所述散斑三维数据PtS及标志点三维数据PtM反投影到左、右条纹图像并指导左、右条纹图像进行匹配，所述条纹匹配包括：基于散斑图像的标志点与条纹图像的标志点确定条纹图像相对散斑图像的像素坐标偏差；根据左右相机各自的标定参数及像素坐标偏差确定散斑三维数据反投影到左、右条纹图像上的反投影坐标；基于左、右条纹图像上对应的反投影坐标确定左、右条纹图像上的对应条纹线段；

(6)三维重构：将左、右条纹图像匹配好的对应条纹，利用左、右两个相机的极线几何约束关系，查找对应条纹中心线段中单个点对应关系，然后根据所述标定参数，将对应点重建为三维条纹点云数据。