专利名称：直角反射式三维激光扫描仪及用其实现立体成像的方法
技术领域：
本发明涉及直角反射式三维激光扫描仪及用其实现立体成像的方法。
背景技术：
激光扫描以其独特的优势在各行各业中发挥的作用越来越重要。相比传统的三维信息 获取技术(如结构光)，它有着高速、高精度、测量范围广、适应性强等优点。尤其是在 测量范围方面，传统的三维扫描方式只能达到数厘米至数米范围内，而激光扫描可达数百 甚至上千米。Mensi S10/S25激光扫描仪是目前最常见的中短距激光扫描仪，但由于其工 作时通过仪器整体转动的方法来控制激光光束，工作时容易受到外界干扰。(参考文献 毛方儒王磊，三维激光扫描测量技术，宇航计测技术，2005年4月，第25巻，第2 期，第l页，文章编号IOOO - 7202[2005] 02 - 0001 - 06。)
发明内容
本发明要解决的技术问题在于对激光光束控制，通过激光测距和激光光束控制数据来 计算物体表面各点的空间坐标，同时采集图像数据。本发明提供了直角反射式三维激光扫
描仪及用其实现立体成像的方法。
如图1所示，直角反射式三维激光扫描仪，其包括三维激光扫描单元、二维图像拍摄
单元、转台和微型计算机14;
所述的三维激光扫描单元包括第一转轴l、第二转轴4、平面镜2、水平传动杆5、第 一电机6、第二电机7、激光发射器3和激光接收器8构成；
所述的第二转轴4控制激光在水平平面上的扫描，第一转轴1控制激光在垂直平面上 的扫描；这两个轴相互垂直；第二转轴4的一端与第二电机7相连，其另一端与水平传动 杆5相连；水平传动杆5分别与第一电机6、激光发射器3相连；第一转轴l一端与第一 电机6相连，另一端与平面镜2相连；第一转轴1的轴心与激光发射器3发射的光束在同 一直线上；平面镜2与第一转轴1成45°角，使激光光束的入射光与反射光垂直；入射 光由激光发射器3发出，直接照射在平面镜2上；入射光经平面镜的反射光照射在被摄物 体上，在物体表面发生漫反射，漫反射的光由激光接收器8接收；第二转轴4的轴心的延
长线通过激光光束在平面镜2上的反射点；第一转轴1由第一电机6带动；第二转轴4由 第二电机7带动；
激光发射器3发射经过调幅调制的激光光束，照射到被摄物体表面后发生漫反射，激 光接收器8接收激光在物体表面发生经漫反射后返回的信号，通过比对激光光束往返一次
所产生的相位延迟便可计算出激光从发射到返回所用时间，计算出激光光路的长度，从而
得到物体表面某点相对于三维激光扫描单元的距离；所述的二维图像拍摄单元包括相机9和光源10;光源10用于照射被摄物体，相机9 用于获取被摄物体的二维图像；所述的相机9为获取可见光图像的可见光相机或获取红外 图像的红外相机；
所述的转台包括转盘ll、第三转轴12和第三电机13;转盘ll承载被摄物体；第三 转轴12两端分别与转盘11和第三电机13相连；第三电机13通过第三转轴12带动转盘 ll旋转，从而使被摄物体旋转；在工作时，转台放置于三维激光扫描仪的可见范围；
所述的与第一电机6、第二电机7、第三电机13、激光发射器3、激光接收器8、相 机9和光源10分别和微型计算机14连接；该微型计算机14存储有程序，通过程序控制 和协调上述部件的工作，并存储最终的立体图像，程序流程图如图2、 3所示；第一电机
6、第二电机7和第三电机13转动的角度由微型计算机14精确控制；或者，在不需要使 用转台时，将第三电机13与微型计算机14断开。
用权利要求1所述的直角反射式三维激光扫描仪实现立体成像方法，所述的实现立体 成像方法是采用辅助模式方法或独立模式方法，其步骤和条件如下；
规定激光发射器3发出的激光光束在平面镜2上的反射点为原点；将右手摊开，掌 心向上，拇指与其余4指垂直，4指指向被摄物体，则掌心朝向Y轴的正方向，拇指指向 X轴的正方向，4指指向Z轴的正方向；以下描述基于从原点观察被摄物体；
所谓的"线扫描周期"为激光光束从画面一边直线扫描到另一边的一个完整的过程；
所谓的"空间坐标"指激光光束经平面镜2反射后直接照射在被摄物体表面的点的空 间坐标；
所谓的"点云"指空间坐标的集合；
所谓的"纹素坐标"指二维图像中的像素在所属二维图像中的坐标；
所谓的"三维渲染"指计算机根据点云、二维图像和二者的映射关系生成最终图像的 过程；
八.如图2所示，通过转台控制的被摄物体，采用辅助模式方法的步骤和条件如下-
将所述的三维激光扫描单元置于水平平面上，将转台置于其可扫描范围内，并使第一 转轴4和转轴12的轴心平行；将所述的二维图像拍摄单元对向转台，将被摄物体置于转 台中央使其在二维图像拍摄单元的可拍摄范围内；
如图2所示，执行微型计算机14存储的程序，实施如下步骤
执行步骤IOI，微型计算机14由指令控制第一电机6和第二电机7，使激光光束指向 转盘中心；执行步骤102，微型计算机14由指令控制激光发射器3和激光接收器8进行测距， 测得距离为d、微型计算机14计算激光光束与水平平面XZ的偏角S:
将激光接收器8、相机9和光源IO对准置于转台中央的被摄物体；
执行步骤103，微型计算机14由指令控制第一电机6，将激光光束调整至待扫描画面 的最上端；此时激光光束与Y轴正方向的偏角为cc。；
执行步骤104，微型计算机14由指令控制激光发射器3和激光接收器8进行测距， 测得距离为《^;其中，m为第三电机13第m次发生转动，n为每个线扫描周期中第一电 机6第n次发生转动；微型计算机14计算空间坐标(x， y, z);微型计算机14将此坐 标追加到点云中；
执行步骤105，微型计算机14由指令控制第一电机6顺时针转动角度A
执行步骤106，微型计算机14由指令判断激光光束是否到达画面的最下端；如果未 到达，则执行步骤104，否则执行步骤107;
执行步骤107，微型计算机14由指令控制第三电机13逆时针转动角度A y;
执行步骤108，微型计算机14由指令判断是否需要采集被摄物体的二维图像；如果 需要，则执行步骤109，否则执行步骤110;
执行步骤109，微型计算机14由指令控制光源10和相机9对被摄物体进行拍摄；微
型计算机M存储二维图像数据和拍摄此图像时第三电机的偏角Y^;
执行步骤110，微型计算机14由指令判断第三电机13是否已累计转动一周；如果是 则结束，否则执行步骤103;
执行步骤111，微型计算机14由指令将步骤104计获得的点云与步骤109获得的二 维图像的纹素坐标映射起来，通过三维渲染生成最终的立体图像；微型计算机14将此立 体图像存储于自身的存储器中；
被摄物体经扫描的各点的空间坐标(x, y， z)通过以下公式计算得到
x = (d - d眼)cosym (0。《、'm《360。)其中，d通过以下公式算得
d = tf cosS (-90° < 5 < 90° )
Y m为第三电机13第m次发生转动后的偏角，通过以下公式算得
Y m = m A Y (m 2 1)
c^为每个线扫描周期中，第一电机6第n次发生转动后的偏角，其通过以下公式算 得 an = (% + n A ct(n 2 l:) 。
B.如图3所示，对于转台无法控制的被摄物体，采用独立模式方法的步骤和条件如
下
对于转台无法控制的被摄物体，将转台与微型计算机14断开，直接对被摄物体进行 扫描和拍摄；将所述的三维激光扫描单元置于水平平面上；将三维激光扫描单元和二维图 像拍摄单元对准被摄物体；
执行步骤201，微型计算机14由指令控制第一电机6和第二电机7，将激光光束调整 至画面的右上角；此时激光光束与Y轴正方向的偏角为c^，激光光束在XZ平面上的投影 与X轴正方向的偏角为f e;-
执行步骤202，微型计算机14由指令控制激光发射器3和激光接收器8进行测距， 测得距离为dy^其中，m代表电机7第m次发生转动，n代表每个线扫描周期中第一电 机6第n次发生转动；微型计算机14计算空间坐标(x， y， z);微型计算机14将此坐 标追加到点云中；
执行步骤203，微型计算机14由指令控制第一电机6逆时针转动角度A Of;
执行步骤204，微型计算机14判断激光光束是否到达画面的最下端；如果到达，则 执行步骤205，否则执行步骤202;
执行步骤205，微型计算机14由指令控制第二电机7逆时针转动角度Ap，再控制第 一电机6，将激光光束调整至画面的最上端；
执行步骤206，微型计算机14由指令判断激光光束是否到达画面的最左端；如果达 到，则执行步骤207，否则执行步骤202;
执行步骤207，微型计算机14由指令控制光源10和相机9对被摄物体进行拍摄；执行步骤208，微型计算机14由指令将步骤202计获得的点云与步骤207获得的二 维图像的纹素坐标映射起来，通过三维渲染生成立体图像；微型计算机14将此立体图像 存储于自身的存储器中；
被摄物体经扫描的各点的空间坐标(x， y， z)通过以下公式计算得到
x = dffincos^ (0。《|B"180。)
y = d面COS (0° ^ a n S励° )
2=00^ (0°《Gn《180° )
其中，卩m为电机7第m次发生转动后的偏角，其通过以下公式算得
l = p。 + m A {3 (m 2 i)
(V.为每个线扫描周期中，电机6第n次发生转动后的偏角，其通过以下公式算得
an = o:e+nAa 〔n 2 1)。
有益效果本发明利用激光测距和激光光束控制数据来获得空间点的坐标。由于激光 射程远，因此可获得高景深，能够纵深范围较大的被摄物体(如隧道)进行扫描。对于可 由转台承载的被摄物体，可实现多侧面的扫描(如扫描人体模型)，通过相机多次拍摄来 获得被摄物体多侧面的表面纹理，再经过后续的处理，便可以获得被摄物体的立体图像。 对于不能用转台承载的物体(如雕塑和建筑物)，可以分若干次对被摄物体多个侧面进行 扫描。
本发明可以保证拥有较大的可扫描范围前提下，工作过程中装置整体可不发生机械运 动，仅通过紧凑的两个轴即可对激光光束进行控制，不易受到外界干扰；此外，本发明还 可以配合转台使用，不仅可以在某个方向上对物体进行扫描，还能够以多个角度对被摄物 体进行扫描，从而真正实现"立体成像"。采用辅助模式可以实现对被摄物体外侧面360 度的立体成像；采用独立模式实现的是对单个侧面的立体成像。
图1是本发明的直角反射式三维激光扫描仪构成示意框图。该图也是摘要附图。 图2是本发明的直角反射式三维激光扫描仪在辅助模式下工作流程图。 图3是本发明的直角反射式三维激光扫描仪在独立模式下工作流程图。
具体实施例方式
10实施例1 如图1所示，直角反射式三维激光扫描仪，其包括三维激光扫描单元、 二维图像拍摄单元、转台和微型计算机14;
所述的三维激光扫描单元包括第一转轴l、第二转轴4、平面镜2、水平传动杆5、第 一电机6、第二电机7、激光发射器3和激光接收器8构成；
所述的第二转轴4控制激光在水平平面上的扫描，第一转轴1控制激光在垂直平面上 的扫描；这两个轴相互垂直；第二转轴4的一端与第二电机7相连，其另一端与水平传动 杆5相连；水平传动杆5分别与第一电机6、激光发射器3相连；第一转轴l一端与第一 电机6相连，另一端与平面镜2相连；第一转轴1的轴心与激光发射器3发射的光束在同 一直线上；平面镜2与第一转轴1成45°角，使激光光束的入射光与反射光垂直入射 光由激光发射器3发出，直接照射在平面镜2上；入射光经平面镜的反射光照射在被摄物 体上，在物体表面发生漫反射，漫反射的光由激光接收器8接收；第二转轴4的轴心的延
长线通过激光光束在平面镜2上的反射点；第一转轴1由第一电机6带动；第二转轴4由 第二电机7带动；
激光发射器3发射经过调幅调制的激光光束，照射到被摄物体表面后发生漫反射，激 光接收器8接收激光在物体表面发生经漫反射后返回的信号，通过比对激光光束往返一次
所产生的相位延迟便可计算出激光从发射到返回所用时间，计算出激光光路的长度，从而
得到物体表面某点相对于三维激光扫描单元的距离；
所述的二维图像拍摄单元包括相机9和光源10;光源10用于照射被摄物体，相机9 用于获取被摄物体的二维图像；所述的相机9为获取可见光图像的可见光相机或获取红外 图像的红外相机；
所述的转台包括转盘ll、第三转轴12和第三电机13;转盘ll承载被摄物体；第三 转轴12两端分别与转盘11和第三电机13相连；第三电机13通过第三转轴12带动转盘 ll旋转，从而使被摄物体旋转；在工作时，转台放置于三维激光扫描仪的可见范围；
所述的与第一电机6、第二电机7、第三电机13、激光发射器3、激光接收器8、相 机9和光源10分别和微型计算机14连接；该微型计算机14存储有程序，通过程序控制 和协调上述部件的工作，并存储最终的立体图像，程序流程图如图2、 3所示；第一电机 6、第二电机7和第三电机13转动的角度由微型计算机14精确控制；或者，在不需要使 用转台时，将第三电机13与微型计算机14断开。
用权利要求1所述的直角反射式三维激光扫描仪实现立体成像方法，所述的实现立体 成像方法是采用辅助模式方法或独立模式方法，其步骤和条件如下；
直角反射式三维激光扫描仪实现立体成像方法，采用辅助模式方法或独立模式方法。 八.如图2所示，通过转台控制的被摄物体，采用辅助模式方法的步骤和条件如下规定激光发射器3发出的激光光束在平面镜2上的反射点为原点；将右手摊开，掌 心向上，拇指与其余4指垂直，4指指向被摄物体，则掌心朝向Y轴的正方向，拇指指向 X轴的正方向，4指指向Z轴的正方向；以下描述基于从原点观察被摄物体；
所谓的"线扫描周期"为激光光束从画面一边直线扫描到另一边的一个完整的过程
所谓的"空间坐标"指激光光束经平面镜2反射后直接照射在被摄物体表面的点的空 间坐标；
所谓的"点云"指空间坐标的集合；
所谓的"纹素坐标"指二维图像中的像素在所属二维图像中的坐标；
所谓的"三维渲染"指计算机根据点云、二维图像和二者的映射关系生成最终图像的 过程；
将所述的三维激光扫描单元置于水平平面上，将转台置于其可扫描范围内，并使第一 转轴4和转轴12的轴心平行；将所述的二维图像拍摄单元对向转台，将被摄物体置于转 台中央使其在二维图像拍摄单元的可拍摄范围内；
图2所示，执行微型计算机14存储的程序，实施如下步骤
执行步骤101,微型计算机14由指令控制第一电机6和第二电机7，使激光光束指向 转盘中心；
执行步骤102，微型计算机14由指令控制激光发射器3和激光接收器8进行测距， 测得距离为CT;微型计算机14计算激光光束与水平平面XZ的偏角S;
将激光接收器8、相机9和光源IO对准置于转台中央的被摄物体；
执行步骤103，微型计算机14由指令控制第一电机6，将激光光束调整至待扫描画面 的最上端；此时激光光束与Y轴正方向的偏角为^j;
执行步骤104，微型计算机14由指令控制激光发射器3和激光接收器8进行测距， 测得距离为d^—其中，m为第三电机13第m次发生转动，n为每个线扫描周期中第一电 机6第n次发生转动；微型计算机14计算空间坐标(x, y, z);微型计算机14将此坐 标追加到点云中；
执行步骤105，微型计算机14由指令控制第一电机6顺时针转动角度A 06;
执行步骤106，微型计算机14由指令判断激光光束是否到达画面的最下端；如果未 到达，则执行步骤104，否则执行步骤107;执行步骤107，微型计算机14由指令控制第三电机13逆时针转动角度A
执行步骤108，微型计算机14由指令判断是否需要采集被摄物体的二维图像；如果 需要，则执行步骤109，否则执行步骤110;
执行步骤109,微型计算机14由指令控制光源10和相机9对被摄物体进行拍摄；微 型计算机14存储二维图像数据和拍摄此图像时第三电机的偏角Y
执行步骤110，微型计算机14由指令判断第三电机13是否己累计转动一周；如果是
则结束，否则执行步骤103;
执行步骤111,微型计算机14由指令将步骤104计获得的点云与步骤109获得的二 维图像的纹素坐标映射起来，通过三维渲染生成最终的立体图像；微型计算机14将此立 体图像存储于自身的存储器中；
被摄物体经扫描的各点的空间坐标(x， y， z)通过以下公式计算得到 x = (d - d腦)cosy^ (0。 S 、' m《360。)
y = da'tacos an (0° S e n s 180° )
2-d腦sinc^ (0° S an《180° )
其中，d通过以下公式算得-
Y m为第三电机13第m次发生转动后的偏角，通过以下公式算得
Y m = m厶Y 〔m》i)
C^为每个线扫描周期中，第一电机6第n次发生转动后的偏角，其通过以下公式算 得 f^-(Xo+Il厶Cl 。
B.如图3所示，对于转台无法控制的被摄物体，采用独立模式方法的步骤和条件如
下
对于转台无法控制的被摄物体，将转台与微型计算机14断开，直接对被摄物体进行 扫描和拍摄；将三维激光扫描单元和二维图像拍摄单元对准被摄物体；执行步骤201，微型计算机14由指令控制第一电机6和第二电机7，将激光光束调整 至画面的右上角；此时激光光束与Y轴正方向的偏角为fi[e，激光光束在XZ平面上的投影
与x轴正方向的偏角为pw
执行步骤202，微型计算机14由指令控制激光发射器3和激光接收器8进行测距， 测得距离为d^^;其中，m代表电机7第m次发生转动，n代表每个线扫描周期中第一电 机6第n次发生转动；微型计算机14计算空间坐标(x, y, z);微型计算机14将此坐 标追加到点云中；
执行步骤203，微型计算机14由指令控制第一电机6逆时针转动角度A 0 ;
执行步骤204，微型计算机14判断激光光束是否到达画面的最下端；如果到达，则 执行步骤205，否则执行步骤202;
执行步骤205，微型计算机14由指令控制第二电机7逆时针转动角度A |3，再控制第 一电机6，将激光光束调整至画面的最上端；
执行步骤206，微型计算机14由指令判断激光光束是否到达画面的最左端；如果达 到，则执行步骤207，否则执行步骤202;
执行步骤207，微型计算机14由指令控制光源10和相机9对被摄物体进行拍摄；
执行步骤208，微型计算机14由指令将步骤202计获得的点云与步骤207获得的二 维图像的纹素坐标映射起来，通过三维渲染生成立体图像；微型计算机14将此立体图像 存储于自身的存储器中；
被摄物体经扫描的各点的空间坐标(x， y, z)通过以下公式计算得到
x = d!KS1 ms ^ (0°《pn^:l80。)
》'=d腦cosc^ (0° S g n《180° )
z-d謡s一 (0。《an^180。)
其中，p^为电机7第m次发生转动后的偏角，其通过以下公式算得 [^为每个线扫描周期中，电机6第n次发生转动后的偏角，其通过以下公式算得
ctn = + n A a(n > 1)。
权利要求
1、直角反射式三维激光扫描仪，其特征在于，其包括三维激光扫描单元、二维图像拍摄单元、转台和微型计算机(14)；所述的三维激光扫描单元包括第一转轴(1)、第二转轴(4)、平面镜(2)、水平传动杆(5)、第一电机(6)、第二电机(7)、激光发射器(3)和激光接收器(8)构成；所述的第二转轴(4)控制激光在水平平面上的扫描，第一转轴(1)控制激光在垂直平面上的扫描；这两个轴相互垂直；第二转轴(4)的一端与第二电机(7)相连，其另一端与水平传动杆(5)相连；水平传动杆(5)分别与第一电机(6)、激光发射器(3)相连；第一转轴1一端与第一电机(6)相连，另一端与平面镜(2)相连；第一转轴(1)的轴心与激光发射器(3)发射的光束在同一直线上；平面镜(2)与第一转轴(1)成45°角，使激光光束的入射光与反射光垂直；入射光由激光发射器(3)发出，直接照射在平面镜(2)上；入射光经平面镜的反射光照射在被摄物体上，在物体表面发生漫反射，漫反射的光由激光接收器(8)接收；第二转轴(4)的轴心的延长线通过激光光束在平面镜(2)上的反射点；第一转轴(1)由第一电机(6)带动；第二转轴(4)由第二电机(7)带动；激光发射器(3)发射经过调幅调制的激光光束，照射到被摄物体表面后发生漫反射，激光接收器(8)接收激光在物体表面发生经漫反射后返回的信号，通过比对激光光束往返一次所产生的相位延迟便可计算出激光从发射到返回所用时间，计算出激光光路的长度，从而得到物体表面某点相对于三维激光扫描单元的距离；所述的二维图像拍摄单元包括相机(9)和光源(10)；光源(10)用于照射被摄物体，相机(9)用于获取被摄物体的二维图像；所述的相机(9)为获取可见光图像的可见光相机或获取红外图像的红外相机；所述的转台包括转盘(11)、第三转轴(12)和第三电机(13)；转盘(11)承载被摄物体；第三转轴(12)两端分别与转盘(11)和第三电机(13)相连；第三电机(13)通过第三转轴(12)带动转盘(11)旋转，从而使被摄物体旋转；在工作时，转台放置于三维激光扫描仪的可见范围；所述的与第一电机(6)、第二电机(7)、第三电机(13)、激光发射器(3)、激光接收器(8)、相机(9)和光源(10)分别和微型计算机(14)连接；该微型计算机(14)存储有程序，通过程序控制和协调上述部件的工作，并存储最终的立体图像；第一电机(6)、第二电机(7)和第三电机(13)转动的角度由微型计算机(14)精确控制；或者，在不需要使用转台时，将第三电机(13)与微型计算机(14)断开。
2、用权利要求1所述的直角反射式三维激光扫描仪实现立体成像方法，其特征在 于，所述的实现立体成像方法是采用辅助模式方法或独立模式方法，其步骤和条件如下；如下；规定激光发射器3发出的激光光束在平面镜2上的反射点为原点；将右手摊开，掌 心向上，拇指与其余4指垂直，4指指向被摄物体，则掌心朝向Y轴的正方向，拇指指向X轴的正方向，4指指向Z轴的正方向；以下描述基于从原点观察被摄物体；所谓的"线扫描周期"为激光光束从画面一边直线扫描到另一边的一个完整的过程；所谓的"空间坐标"指激光光束经平面镜2反射后直接照射在被摄物体表面的点的空 间坐标；所谓的"点云"指空间坐标的集合；所谓的"纹素坐标"指二维图像中的像素在所属二维图像中的坐标；所谓的"三维渲染"指计算机根据点云、二维图像和二者的映射关系生成最终图像的 过程；A.通过转台控制的被摄物体，采用辅助模式方法的步骤和条件如下将所述的三维激光扫描单元置于水平平面上，将转台置于其可扫描范围内，并使第一 转轴4和转轴12的轴心平行；将所述的二维图像拍摄单元对向转台，将被摄物体置于转台中央使其在二维图像拍摄单元的可拍摄范围内；按照微型计算机(14)存储的程序，实施如下步骤1) 通过微型计算机(14)，由指令控制第一电机(6)和第二电机(7)，使激光光束 指向转盘中心；2) 通过微型计算机(14),由指令控制激光发射器(3)和激光接收器(8)进行测距， 测得距离为d 微型计算机(14)计算激光光束与水平平面XZ的偏角S;3) 将激光接收器(8)、相机(9)和光源(10)对准置于转台中央的被摄物体；4) 通过微型计算机(14)，由指令控制第一电机(6)，将激光光束调整至待扫描画 面的最上端；此时激光光束与Y轴正方向的偏角为a(j;5) 通过微型计算机(14)，由指令控制激光发射器(3)和激光接收器(8)进行测距， 测得距离为d^^;其中，m为第三电机(13)第m次发生转动，n为每个线扫描周期中第一 电机(6)第n次发生转动；微型计算机(14)计算空间坐标(x， y， z);微型计算机(14) 将此坐标追加到点云中；6) 通过微型计算机(14)，由指令控制第一电机(6)顺时针转动角度A(X;7)通过微型计算机(14)，由指令判断激光光束是否到达画面的最下端；如果未到达， 则执行步骤5)，否则执行步骤8);8)通过微型计算机(14)，由指令控制第三电机(13)逆时针转动角度Ay;9) 通过微型计算机(14)，由指令判断是否需要采集被摄物体的二维图像；如果需要， 则执行步骤10)，否则执行步骤11);10) 通过微型计算机(14)，由指令控制光源(10)和相机(9)对被摄物体进行拍摄；微 型计算机(14)存储二维图像数据和拍摄此图像时第三电机的偏角Y m;11) 通过微型计算机(14)，由指令判断第三电机(13)是否已累计转动一周；如果是则 结束，否则执行步骤4);12) 通过微型计算机(14)，由指令将步骤5)计获得的点云与步骤IO)获得的二维 图像的纹素坐标映射起来，通过三维渲染生成最终的立体图像；微型计算机(14)将此立 体图像存储于自身的存储器中；被摄物体经扫描的各点的空间坐标(x, x= (d —d隨)cosymy， z)通过以下公式计算得到 (0°《Ym S 360° )0a■(0°《a" ■。)其中，d通过以下公式算得:d = d'cosS —90 <5<90￥ ， 为第三电机13第m次发生转动后的偏角，通过以下公式算得:Y ra = m厶Y(m 2 i)C^为每个线扫描周期中，第一电机6第n次发生转动后的偏角，通过以下公式算得:an = a。 + n A a(n 2 1);B.对于转台无法控制的被摄物体，采用独立模式方法的步骤和条件如下对于转台无 法控制的被摄物体，将转台与微型计算机(14)断开，直接对被摄物体进行扫描和拍摄； 将所述的三维激光扫描单元置于水平平面上；将三维激光扫描单元和二维图像拍摄单元对 准被摄物体；1) ，通过微型计算机(14),由指令控制第一电机(6)和第二电机(7)，将激光光 束调整至画面的右上角；此时激光光束与Y轴正方向的偏角为ae，激光光束在XZ平面上 的投影与X轴正方向的偏角为j^;2) ，通过微型计算机(14)，由指令控制激光发射器(3)和激光接收器(8)进行测 距，测得距离为d^。；其中，m代表电机7第m次发生转动，n代表每个线扫描周期中第一 电机6第n次发ift动；微型计算机14计算空间坐标(x， y， z);微型计算机(14)将 此坐标追加到点云中；3) ，通过微型计算机(14)，由指令控制第一电机(6)逆时针转动角度Aa;4) ,通过微型计算机(14)，由判断激光光束是否到达画面的最下端；如果到达，则 执行步骤5),否则执行步骤2);5) ,通过微型计算机(14)，由指令控制第二电机(7)逆时针转动角度厶l3，再控 制第一电机(6)，将激光光束调整至画面的最上端；6) ，通过微型计算机(14)，由指令判断激光光束是否到达画面的最左端；如果达到，则执行步骤7)，否则执行步骤2);7) ，通过微型计算机(14)，由指令控制光源(10)和相机(9)对被摄物体进行拍摄；8) ，通过微型计算机(14)，由指令将步骤2)计获得的点云与步骤7)获得的二维 图像的纹素坐标映射起来，通过三维渲染生成立体图像；微型计算机(14)将此立体图像 存储于自身的存储器中；被摄物体经扫描的各点的空间坐标(x, y, z)通过以下公式计算得到 pd面C《 (0°y =《!3coscxn (0° S 。 n S 180。)2=dmsishio[n (0。 S an^180° )其中，p^为电机7第m次发生转动后的偏角，其通过以下公式算得-C^为每个线扫描周期中，电机6第n次发生转动后的偏角，其通过以下公式算得； =ae + n △ a; (n 2 1)。
全文摘要
本发明提供了直角反射式三维激光扫描仪及用其实现立体成像的方法。利用激光测距和激光光束控制数据来获得空间点的坐标。由于激光射程远，可获得高景深，能纵深范围较大的被摄物体进行扫描。对可由转台承载的被摄物体，实现多侧面的扫描，通过相机多次拍摄来获得被摄物体多侧面的表面纹理，再经过后续的处理，可获得被摄物体的立体图像。对于不能用转台承载的物体，可分若干次对被摄物体多个侧面进行扫描。保证拥有较大的可扫描范围前提下，工作过程中装置整体不发生机械运动，仅通过紧凑的两个轴即可对激光光束进行控制，不易受到外界干扰；采用辅助模式实现对被摄物体外侧面360度的立体成像；采用独立模式实现对单个侧面的立体成像。
文档编号G01B11/24GK101592477SQ20091006719
公开日2009年12月2日 申请日期2009年6月30日 优先权日2009年6月30日
发明者丹 刘, 智 刘, 姜会林, 张大威, 王英志 申请人:长春理工大学