[實用新型]具有激光投影器曝光時間調節功能的手持激光三維掃描儀

有效

• 申請號: 201520602647.1
• 申請日: 2015-08-12
• 公開（公告）號: CN204902788U
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發明（設計）人: 陳尚儉;鄭俊
• 申請（專利權）人: 杭州思看科技有限公司
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

技術領域

本實用新型涉及一種手持激光三維掃描儀。

背景技術

手持激光三維掃描技術以其抗干擾能力強、檢測精度高、使用簡便等優點逐步被用在各種工業、考古、醫療、教學等領域。相比白光投影原理的三維掃描儀，激光三維掃描儀可以從每一組同步幀圖像中提取物體表面特征計算得到被掃描物體的一部分表面點云，以及由于激光投影的光強更大因而允許捕捉其圖像的攝像頭可以以不產生運動模糊的快門時間進行曝光，因此更能適合用手持的方式在不斷連續移動的狀態下進行掃描。另外，由于激光的波段的單一性，通過在攝像頭前加裝帶通濾光鏡可以很大程度上去除環境光線對其掃描過程的影響，使其適用于室外自然光環境下的物體表面輪廓的三維掃描。

目前的手持激光三維掃描儀內部由兩個及以上的攝像頭和一個及以上的激光投影器組成，其相互之間的所有位置關系均已經在掃描前標定已知，在掃描時兩個及以上的攝像頭同步采集目標物體表面的特征點用于定位儀器自身的空間三維坐標位置，采集被投影到目標物體表面的激光投影圖案用于獲得目標物體的表面點云數據。不同顏色和材質的物體表面，對于激光的反射效率和自然光的反射均不盡相同，因此如果用固定亮度的激光投影器去照射被掃描物體，可能會得到不同灰度的激光投影圖像，過亮或者過暗均會影響掃描的效果和精度。

以只投射單條線狀激光的激光投影器投射到一定顏色和材質的目標物體表面為例，分別調整激光的開啟時間為1ms、2ms和4ms。如圖2所示，在攝像頭采集獲得的激光圖案中，垂直于激光方向為橫坐標方向，以激光線條的中心為原點，逐行計算分析該方向上的像素分布。圖3為垂直于激光方向的一維亮度分布曲線，縱坐標為像素上的灰度值，從0到255對應暗到亮。例子中目標物體表面非激光照射區域在攝像頭上成像的平均灰度為40左右，掃描儀在一個攝像頭快門開啟期間的激光持續時間分別設為1ms、2ms和4ms，以灰度值為100以上作為區分激光圖案的閥值。激光持續時間設為2ms時，其亮度分布曲線顯示的激光寬度在3個像素左右；激光持續時間設為4ms時激光寬度為11個像素左右，由于掃描時需要在攝像頭采集的圖像中精確的識別出激光在目標物體表面的輪廓線，過寬的激光線條會導致無法獲得精準的表面特征，從而降低掃描的精度；激光持續時間為1ms時激光整體的灰度值均在100以下，與非激光照射區域的灰度相差不大，因此無法在圖像的背景中有效提取激光的圖案信息。

發明內容

為了克服已有手持激光三維掃描儀采用固定亮度的激光投影器進行掃描時存在的掃描效果較差、掃描精度較低的不足，本實用新型提供一種掃描效果良好、掃描精度較高的具有激光投影器曝光時間調節功能的手持激光三維掃描儀。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種具有激光投影器曝光時間調節功能的手持激光三維掃描儀，包括兩個及以上用于圖像采集的攝像頭、一個及以上用于進行激光圖案投影的激光投影器以及用以控制所述攝像頭和激光投影器工作的控制器，所述控制器包括用以按照曝光觸發周期控制攝像頭工作的攝像頭控制模塊，用于控制激光投影器以設定頻率和開啟時間工作的投影控制模塊，所述控制器還包括用于統計目標物體表面激光投影圖案的灰度，控制激光投影器的曝光時間獲得最佳激光曝光圖像的激光投影器調節控制模塊，所述激光投影器調節控制模塊與攝像頭控制模塊、所述投影控制模塊連接。

進一步，所述攝像頭控制模塊與信號隔離電路連接，所述信號隔離電路與所述攝像頭連接，所述投影控制模塊與所述開關電路連接，所述開關電路與所述激光投影器連接。當然，信號隔離電路也可以集成到攝像頭之中，所述攝像頭控制模塊可以直接與攝像頭連接。

本實用新型的技術構思為：由于手持激光三維掃描儀的掃描精度直接取決于攝像頭所拍攝到的激光投影器投射到被掃描物體表面的投影圖案的成像質量，而成像質量很大程度取決于其在攝像頭內部的感光元件上的亮度是否合適。掃描儀掃描顏色較深的物體時為得到正常曝光，需要增加激光投影器的投射亮度；而掃描顏色較淺的物體時則需要減少激光投影器的投射亮度來得到正常的曝光圖案。

本發明所述的手持激光三維掃描儀通過對激光投影器開啟時間的調節，在一個攝像頭的曝光周期內可獲得曝光合適的激光投影圖案，從而保證手持激光三維掃描儀的掃描精度。相比固定亮度的激光投影器的三維掃描儀，本發明所述的手持激光掃描掃描儀可以顯著降低掃描儀對工作環境的要求，提高掃描各自表面顏色和材質的適應性。另外，將激光投影器的開啟時間從整個掃描過程調整為攝像頭的快門開啟周期內可以顯著降低系統的功耗，同時也防止激光亮度過亮而對人眼睛造成傷害。