[發明專利]一種三維數字成像傳感器、三維掃描系統及其掃描方法

有效

• 申請號: 201611102629.2
• 申請日: 2016-12-05
• 公開（公告）號: CN108151671B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 趙曉波;王文斌;劉增藝
• 申請（專利權）人: 先臨三維科技股份有限公司
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 姚海波

本發明涉及一種三維掃描系統及其掃描方法。所述三維掃描系統用于獲取被測物體的三維點云數據，其包括：一光源，用于在所述被測物體投射多個條紋圖案；左、右相機，用于獲取所述被測物體的2D左圖像及2D右圖像；一三維模組，用于采集被測物體的深度圖；條紋匹配模塊，用于根據所述深度圖指導左、右圖像條紋進行匹配；三維重構模塊，用于將左右圖像匹配好的對應條紋，利用左、右兩個相機的極線幾何約束關系，查找對應條紋中心線段中單個點對應關系，然后根據三維掃描系統的標定參數，將對應點重建為三維點云數據。本發明還提供一種三維掃描儀的掃描方法。

技術領域

本發明涉及一種三維數字成像傳感器、三維掃描系統及掃描方法，尤其涉及一種用于手持多條紋三維掃描系統的三維數字成像傳感器、三維掃描系統及掃描方法。

背景技術

三維數字化技術是近年來國際上活躍研究的一個新興交叉學科領域，被廣泛的應用到逆向工程、文物保護、工業檢測及虛擬現實等諸多領域。而手持便攜式三維掃描儀以其便捷性，靈活性的優點在三維掃描領域被廣泛應用。現有手持式三維掃描儀的原理主要是基于結構光的主動立體視覺方式，結構光的模式可以有多種，如紅外激光散斑、DLP(Digital Light Processing)投影散斑、DLP投影的模擬激光條紋、激光條紋等。這些結構光模式中以DLP投影的模擬激光條紋，激光條紋為結構光的手持三維掃描儀的精度最高、掃描細節最好。

以DLP投影的模擬激光條紋，激光條紋為結構光為例的基本工作流程是：

(1)對投射的條紋進行平面擬合；

(2)根據采集到的條紋圖進行標志點提取及條紋中心提取；

(3)對條紋中心進行連通域分割，根據平面方程對左右相機圖像上的條紋進行對應點匹配；

(4)利用兩相機的極線約束關系查找左右相機圖像上對應的標志點中心；

(5)根據掃描系統的標定參數，采用三維重建算法對已經匹配好的對應條紋及對應標志點中心進行三維重建；

(6)標志點拼接及條紋三維點旋轉平移實現手持三維掃描。

然而，該掃描過程中左右相機圖像上的對應條紋匹配主要是基于光平面或條紋平面方程的指導，該方法在條紋數量大于15的時候左右相機圖像上的對應條紋的匹配錯誤率將顯著提高，進而增加噪聲，降低掃描數據的準確性。當條紋數量小于15時，掃描效率得不到有效提高。故而在固有的掃描幀率限制下提高掃描效率的有效方法是增加條紋數量同時提高條紋匹配的準確性。

發明內容

有鑒于此，有必要提供一種手持多條紋三維掃描系統及其掃描方法，以解決現有手持三維掃描系統無法兼顧高掃描效率和高掃描數據準確性的問題。

本發明提供一種三維掃描系統，用于獲取被測物體的三維點云數據，其包括：一光源，用于在所述被測物體投射多個條紋圖案；左、右相機，用于同步采集所述被測物體的2D左圖像及2D右圖像；一三維模組，用于同步采集被測物體的深度圖；條紋匹配模塊，用于根據所述深度圖指導左、右圖像條紋進行匹配；三維重構模塊，用于將左右圖像匹配好的對應條紋，利用左、右兩個相機的極線幾何約束關系，查找對應條紋中心線段中單個點對應關系，然后根據三維掃描系統的標定參數，將對應點重建為三維點云數據。

所述光源包括激光、投影儀，當所述光源為投影儀時，所述投影儀為數字投影儀，所述條紋圖案包括模擬激光條紋圖案、激光條紋圖案等。

所述條紋圖案中的條紋條數大于15。

所述三維模組為低分辨率三維掃描模組。