基于运动导轨式图像传感器的半环状3D扫描仪的制作方法

本实用新型涉及所有半环状结构的、单个或多个运动导轨固定在该半环状结构装置上的、每个运动导轨上安装一个或多个图像传感器(2D图像传感器或3D图像传感器)并且可以跟随导轨的推动沿半环状装置作特定轨迹的运动的、用于对被观测物体进行多方向3D重建的3D扫描装置，特别是针对人体四肢、头部等局部和小物件等实现全向3D重建的环状装置。按照国际专利分类表(IPC 2015)划分属于G物理部，G01测量测试分部，G01C测量距离、水准或者方位；勘测；导航；陀螺仪；摄影测量学或视频测量学大类的技术领域。

二.

背景技术：

市场现有的三维扫描仪，不论其采用何种3D重建(亦可称之为3D成像)原理，均呈现为长方体或类长方体结构，传感器分布在该长方体结构或类长方体结构的六个侧面中的某一个侧面，通过一次数据采集，只能对被观测物体的某一个侧面进行表面3D重建。为了获取被观测物体的多方位3D信息，往往通过

1)将被观测物体放置在一个转台上，通过转台若干圈转动、且保持被观测物体与转台相对静止来实现对被观测物体的多方位3D重建；

2)或通过手持式3D扫描设备围绕物体若干次往复式扫描、且所扫描到的区域覆盖被观测物体全部表面、从而实现对被观测物体的多方位3D重建；

3)亦或通过将物体一分为多、分而治之的方法，将被观测物体分为若干部分分别扫描进行3D重建、进而拼成一个多方位的3D模型；等等。

不论采用哪种方法展开对被测物体的多方位3D扫描，3D扫描设备均呈现为长方体结构或类长方体结构，单次数据采集只能获取单方位的3D信息。

三.

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：提供一种新型的、半环状结构的、使用导轨传动装置的多方位3D扫描装置，一个或多个2D图像传感器或者3D图像传感器安装在导轨传动装置上，能够沿半环状结构围绕被观测物体作特定轨迹的运动；该装置良好解决了长方体结构或类长方体结构3D扫描仪存在的需要“额外人工移动扫描设备”或“将被观测物体放置在额外转台上旋转”才能重建被观测物体表面多方向3D信息的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于运动导轨式图像传感器的半环状3D扫描仪，包含一个以上2D图像传感器和/或3D图像传感器，至少一个导轨传动装置以及至少一个半环状装置，其特征是：导轨传动装置固定在半环状装置内侧、每个传动装置上均安装有一个以上的传感器。基于运动导轨式图像传感器的半环状3D扫描仪，外观呈现为半环状结构，可以是半圆环状、半正多边形环状、也可以是其它任意半环状。若干个导轨传动装置被固定于该半环形装置内侧壁，每个导轨传动装置安装有若干个2D或3D图像传感器并统一正视环状装置外接圆的内侧。譬如：若该半环形装置是半圆环状，1个半环状导轨被固定于半圆环内侧，1个2D或3D图像传感器分别安装在导轨传动装置的滑座上，朝向半圆环的圆心。传感器跟随导轨滑座移动，沿圆环内侧壁围绕被观测物体作二分之一圆周运动。

若干个图像传感器在围绕被观测物体运动的同时，采集到的2D或3D信号，1)分别通过一致的数据传输方式传出，这些传输方式包括：USB2.0数据传输方式、USB3.0数据传输方式、千兆网(GigE)数据传输方式，等等；即：有多少图像传感器，就配备多少根相关数据线用于将采集的图像数据导出；2)或将采集数据通过软排线或其它数据传输方式汇总到统一的数据存储模块，然后再通过单独一根数据线将汇总的图像数据统一输出；3)每一个2D或3D图像传感器分别通过一个无线WIFI模块转发，通 过无线网络实现数据传输。

与现有技术相比较，本实用新型的有益效果是：基于运动导轨式图像传感器的半环状3D扫描仪可以解决现有长方体结构或类长方体结构多方向3D扫描仪在耗时性、易用性等诸多方面的难题，包括：

1)相比需要额外转台的长方体结构或类长方体结构多方向3D扫描仪，该基于运动导轨式图像传感器的半环状3D扫描仪无需将被观测物体固定在一个转台上旋转若干圈、且旋转过程中被观测物体必须保持与转台的相对位置静止，简单高效；

2)相比手持式长方体结构或类长方体结构多方向3D扫描仪，该基于运动导轨式图像传感器的半环状3D扫描仪无需对被观测物进行若干次往复式扫描，而仅需一次性采样即可，简单高效；

3)相比将被观测物体分为多个部分、分别进行3D重建的方案，该基于运动导轨式图像传感器的半环状3D扫描仪可以连续地获取被测物多方位的图像信息，保留更多细节，进而统一重建3D信息，简单高效。

特别地，当被测目标是人体身体局部(比如人体四肢、人头等)的时候，基于运动导轨式图像传感器的半环状3D扫描仪由于其快速高效、可大大提升用户体验感。

四.附图说明

附图给出本实用新型“基于运动导轨式图像传感器的半环状3D扫描仪”两个在研实例A、B的结构示意图：

实例A：该实例呈现半圆环状结构，采用1个3D图像传感器，1个外置移动电源，1个无线WIFI模块以及1个半圆环状导轨传动装置；传动装置用于控制传感器的移动，外置移动电源为无线WIFI模块与传感器供电，而传动装置通过交流电源供电，传感器经USB数据线连接无线WIFI模块，通过无线WIFI模块转发实现数据传输。

实例B：该实例呈现半六边形环状结构，采用3个2D图像传感器，3个外置移动电源，3个无线WIFI模块以及3个直条型导轨传动装置；传动装置用于控制传感器的移动，外置移动电源为无线WIFI模块与传感器供电，而传动装置通过交流电源供电，传感器经USB数据线连接无线WIFI模块，通过无线WIFI模块转发实现数据传输。

图1：是本实用新型的实例A的三维示意图。

图2：是本实用新型的实例A的俯视结构示意图。

图3：是本实用新型的实例A导轨传动装置的俯视局部细节示意图。

图4：是本实用新型的实例A导轨滑座三维细节示意图。

图5：是本实用新型的实例B的三维示意图。

上述诸示意图中零部件的标号说明如下：

1.半圆环状装置

2.半圆环状导轨传动装置

3.滑座

4.3D图像传感器

5.外置移动电源

6.无线WIFI模块

7.导轨电源线

8.USB数据线

9.滑座螺丝孔

10.半六边形环状装置

11.直线型导轨传动装置

12.2D图像传感器

五.具体实施方式

实例A：

在图1中，1个半圆环状导轨传动装置(2)嵌于半圆环状装置(1)的内侧壁，传动装置上安装一个滑座(3)，每个滑座(3)上各固定1个3D图像传感器(4)、1个外置移动电源(5)与1个无线WIFI模块(6)，滑座经由导轨传动装置(2)推动，能够沿导轨做180度圆周运动。

在图2中，1条导轨电源线(7)于半圆环状装置(1)内布线，并从半圆环状装置(1)一侧引出，与外部电源连接，实现对半环状导轨传动装置(2)的供电与控制。

在图3中，滑座(3)嵌套在导轨上，滑座(3)前端固定一个3D图像传感器(4)，侧面固定一个外置移动电源(5)，上端则固定一个无线WIFI模块(6)。外置移动电源通过usb数据线(8)与无线WIFI模块连接，实现对无线WIFI模块的供电；无线WIFI模块通过usb数据线(8)与3D图像传感器连接，实现对传感器供电以及传感器的数据转发。3D图像传感器(4)背对导轨，朝向半圆环状装置(1)的圆心。

在图4中，滑座(3)在顶端与侧面分别有4个螺丝孔(9)，3D图像传感器(4)、外置移动电源(5)与无线WIFI模块(6)均通过螺丝，固定在滑座(3)上。

在本例中，3D图像传感器(4)可以采用市场上常见的结构光深度传感器，也可以采用TOF深度传感器。但市面上常见的3D图像传感器，均通过USB线，实现传感器的供电以及数据传输。由于传感器需要沿导轨作圆周运动，如果在半圆环状装置(1)中布数据线，容易引起数据线的缠绕，导致传动装置失灵。本实用新型采取添加无线WIFI模块的解决方案。

无线WIFI模块实现的功能是：

1)接收外部控制信号，转发3D图像传感器，实现外部设备对传感器的同步控制。

2)汇总3D图像传感器获取的图像数据，并向外传输。

3)作为外置移动电源与3D图像传感器的中间媒介，实现外置移动电源对3D图像传感器的供电。

使用实例A时，用户将被观测物体置于半圆环状结构中央，确认所有3D图像传感器均能拍摄到被观测物体。导轨传动装置搭载3D图像传感器围绕被观测物体作二分之一圆周运动的同时，3D图像传感器获得被观测物体多方位180度的3D图像数据，用于后期多方向3D重建。

实例B：

在图5中，3个直线型导轨传动装置(11)分别嵌于半六边形环状装置(10)内侧壁的三侧，每个传动装置上安装一个滑座(3)，每个滑座(3)上各固定1个2D图像传感器(12)、1个外置移动电源(5)与1个无线WIFI模块(6)，滑座(3)经由导轨传动装置推动，能够沿导轨做直线运动。

实例B与实例A的主要不同之处在于：

1)采用的外壳装置不同，实例A采用的是半圆环状装置，实例B采用的是半六边形环状装置。

2)使用的导轨传动装置不同，实例A采用半圆环状导轨，实例B采用直线型导轨。

3)使用的图像传感器不同，实例A采用3D图像传感器，实例B采用2D传感器。

使用实例B时，用户将被观测物体置于半六边形环状结构外接圆圆心附近，确认所有2D图像传感器均能拍摄到被观测物体。导轨传动装置搭载2D图像传感器围绕被观测物体作直线运动的同时，2D图像传感器获得被观测物体多方位的2D图像数据，用于后期3D重建。

本实用新型与现有最接近的技术共有的技术特征是，采用若干个2D图像传感器或3D图像传感器，获得被观测物体3D重建所必须的信息；本实用新型与现有最接近的技术比较，特有的技术特征是，使用半环状结构装置，多个传动装置被安装在半环状装置内侧，多个2D或3D图像传感器通过传动装置，能够围绕被观测物体沿半环状结构作特定轨迹的运动，从而通过多次连续或间断的数据采集，获得被观测物体多方位外表面的3D信息。