[發明專利]一種基于TOF相機的三維掃描系統及掃描方法

在審

• 申請號: 201510868410.2
• 申請日: 2015-12-01
• 公開（公告）號: CN105526913A
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發明（設計）人: 歐攀;李瑞祥
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 苗青盛

技術領域

本發明涉及一種三維掃描儀，更特別地說，是指一種基于TOF(TimeOf Flight)相機的無線控制的桌面式三維掃描系統及其掃描方法。

背景技術

三維(3D)掃描儀被用在許多應用中以產生物體的計算機圖像或者追蹤物 體或人的運動。一種獲取目標的三維圖像的掃描儀采用主動照明,其光源是經過 系統調幅之后由LED陣列或激光二極管產生的近紅外光。該掃描儀發射出的光 線在場景中被物體反射后，被掃描儀的傳感器接收,通過檢測發射光線和反射光 線的相位差獲得目標的每個像素點的距離信息,并能同時獲取目標的灰度信息。 目標所有像素的距離信息、像素點的相互關系以及像素點的灰度信息構成了目 標的3D圖像。對同一目標物體逐次進行不同角度的拍攝，將拍攝的圖像拼接， 即可得到目標完整的3D計算機圖像。

目前，已經提出多種桌面3D掃描儀以獲取靜態物體的3D圖像。桌面3D 掃描儀的成像原理為：物體放在旋轉臺上，激光照射到物體表面，相機拍照提 取物體輪廓，生成點云，擬合成曲面，最終形成三維模型。

雖然現有的桌面掃描儀能夠獲取小目標靜態物體的較為精確的三維圖像。 但是，由于物體于旋轉臺上掃描，存在掃描死角，對獲取的三維圖像拼接之后， 三維模型會出現孔洞，影響成像質量。

發明內容

為了克服針對目前三維掃描的三維模型會出現孔洞，影響成像質量的問題， 本發明提供一種基于TOF相機的三維掃描系統及掃描方法。

一方面，本發明提供了本發明要解決的技術問題：克服現有技術不足，設 計一種全方位掃描的無線控制的桌面3D掃描方法。

一方面，本發明提供一種基于TOF相機的桌面三維掃描方法，步驟如下：

(1)TOF三維掃描系統搭建與標定；

(2)移動終端無線控制與傳輸；

(3)三維掃描并將數據上傳云端拼接。

進一步地，所述步驟(1)中，TOF三維掃描系統搭建與標定方法為：

采用TOF相機作為三維掃描系統的三維成像裝置；

采用電機控制的2個自由度的三維云臺作為物體的載體，TOF相機相對于 三維云臺的位置固定；

使用基于黑白棋盤格視覺標定方法完成對TOF相機內外參數的標定分別 標定三維云臺兩旋轉軸與TOF相機坐標系的相對位置。

進一步地，所述步驟(2)中，移動終端無線控制與傳輸的置入方法為：

設計電路聯合控制TOF相機和三維云臺，能夠同時控制云臺旋轉和觸發相 機拍攝；

在控制系統中加入無線傳輸模塊，具體為使用藍牙；

在移動終端編寫相應的程序，實現與三維掃描儀的匹配，與數據傳輸；

將三維掃描儀的控制程序置入移動終端程序中，實現移動終端對三維掃描 儀的無線控制。

進一步地，所述步驟(3)中，三維掃描的方法為：

將物體固定于三維云臺上，使用標定后的系統對物體進行三維掃描，并記 錄數據；

使用移動終端控制電機水平方向旋轉，同時控制相機拍攝物體，每隔一定 的角度拍攝一次，記錄物體的三維圖像和旋轉平臺的狀態信息；

通過無線傳輸模塊，將掃描得到的數據傳輸到移動終端；

當水平旋轉360度之后，控制三維云臺垂直旋轉，同時進行拍攝，直到旋 轉360度，記錄數據。

進一步地，所述步驟(3)中，數據上傳云端拼接的方法為：

在掃描的同時，移動終端將得到的掃描數據通過無線網絡上傳云端；

掃描完成后，在云端采用最近迭代算法(ICP)對一次完整掃描的數據進行 圖像拼接；

將拼接完成得到的物體的完整三維數據圖像通過互聯網下傳到移動終端， 或者置于用戶的云端空間，在網頁上進行三維展示。

本發明還提供一種基于TOF相機的桌面三維掃描系統，包括：

成像與標定單元，其配置為，用于TOF三維掃描系統的搭建與標定；

控制與傳輸單元，其配置為，用于移動終端無線控制與傳輸；

掃描與上傳單元，其配置為，用于三維掃描并將數據上傳云端拼接。

進一步地，所述成像與標定單元包括：

采用TOF相機作為三維掃描系統的三維成像裝置；