三维扫描装置的制作方法

本发明涉及三维重建技术领域，特别是涉及一种三维扫描装置。

背景技术：

三维扫描仪扫描现实中的实物，再通过对扫描数据的处理可以得到数字模型，该数字模型可广泛的应用于3d打印、3d展示、服装试穿以及工业设计等领域。

目前市场已经广泛存在手持式三维扫描仪，他需要人工手持环绕物体进行扫描，人为操作较为复杂；公告号为cn204007558u的中国专利公开了一转动式三维扫描仪，双目摄像头对准待扫描物，同时待扫描物360°旋转来完成扫描，这种扫描仪只能完成水平面多角度扫描，不能立体多视角进行扫描；公告号为cn2048u的中国专利公开了一种矩阵式三维扫描设备，该装置采用多个相机立体环绕着待扫描物矩阵式排列，虽然可以立体多视角采集到三维数据，但代价是需要装配多个相机，造成该系统成本高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种三维扫描装置，以实现低成本立体多视角扫描。

为实现上述目的，本发明采用如下方案：一种三维扫描装置，包括旋转装置、平面镜组、图像采集装置和控制装置，所述旋转装置的旋转轴线垂直于水平面，所述平面镜组的各个平面镜围着所述旋转轴线绕一圈并且反射面朝向圈内，所述平面镜组的任意三个相邻平面镜与水平面的夹角互不相等；所述图像采集装置包括镜头以及图像传感器，所述图像采集装置安装在旋转装置上，用于驱动所述图像采集装置旋转，所述图像采集装置采集口朝向所述平面镜组的反射面；所述控制装置分别与所述旋转装置以及所述图像采集装置电连接。

进一步地，所述平面镜组的第i个平面镜与水平面的夹角为αi，所述αi位于平面镜反射面一侧以及水平面上侧，90°≤αi＜180°，其中1≤i≤k，其中k为所述平面镜组平面镜的个数。

进一步地，所述第i个平面镜反射面与水平面交于线段li，线段li与线段li+1的夹角为θi其中1≤i≤k-1，线段lk与线段l1的夹角为θk，，θi≥120°其中1≤i≤k，k为所述平面镜组平面镜的个数。

进一步地，还包括г形支架，所述г形支架的竖直部分位于所述平面镜组的背面，所述旋转装置安装在所述г形支架的一端。

进一步地，所述图像采集装置为照相机或摄像机。

进一步地，所述旋转装置包含底座、旋转构件和电机，所述旋转构件与所述底座转动连接，所述电机驱动所述旋转构件旋转，所述图像采集装置直接或间接地连接在所述旋转构件上；所述控制装置包含嵌入式控制单元，所述控制装置与所述电机电连接。

进一步地，还包括投影装置，所述投影装置投影口对准待扫描或者对准待扫描物在所述平面镜中的虚像。

进一步地，还包括支撑平台，所述支撑平台用于放置待扫描物，并且所述平面镜组围绕着所述支撑平台。

进一步地，所述支撑平台采用透明材质，所述平面镜组中的每一个平面镜都有一部分位于所述支撑平台的上侧，另一部分位于所述支撑平台的下侧。

进一步地，所述图像采集装置的采集口对准所述支撑平台在所述平面镜组中的虚像。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术对比，具有如下显著优点：不仅可以从立体多视角扫描到待扫描物，还能具备低成本的优点。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的三维扫描装置的结构示意图。

图2是本发明实施例1提供的旋转装置结构示意图。

图3是本发明实施例1提供的平面镜夹角示意图。

图4是本发明实施例2提供的三维扫描装置的结构示意图。

附图1到附图,4中的标记：平面镜组1、照相机2、旋转装置3、旋转轴线3.1、底座3.2、导电滑环3.3、步进电机3.4、齿轮3.5、轴承3.6、旋转件3.7、夹具3.8、控制器4、支撑平台5、г形支架6、待扫描物7、水平面8、投影仪9、pc机10。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。此外，下面所描述的各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1

如图1所示，旋转装置3固定在г形支架6的一端，旋转装置3的旋转轴线3.1垂直于水平面，照相机2安装在旋转装置3上，能够随着旋转装置3旋转。控制器4内部包含有电机驱动单元和嵌入式控制单元，控制器4分别与旋转装置3和照相机2电连接，这是为了使控制器4能够控制旋转装置3的旋转以及照相机2采集时机，从而使本发明更加易于操作和更加自动化。平面镜组1由18个平面镜组成，18个平面镜围着旋转轴线3.1绕一圈，并且平面镜的反射面朝向圈内。还包括支撑平台5，支撑平台5采用透明材质，用于支撑待扫描物7，平面镜组1的每一个平面镜都有一部分位于支撑平台5的上侧，另一部分位于支撑平台5的下侧，这是为了能够采集到待扫描物7的底部。

如图2所示，旋转装置3包括底座3.2、导电滑环3.3、步进电机3.4、齿轮3.5、轴承3.6、旋转件3.7、夹具3.8。步进电机3.4固定在底座3.2上，轴承3.6的内圈固定在底座3.2上，旋转件3.7固定在轴承3.6的外圈，齿轮3.5固定在旋转件3.7上，齿轮3.5和步进电机3.4的齿轮彼此咬合，从而达到齿轮传动。底座3.2的中心和旋转件3.7的旋转中心都有圆孔，导电滑环3.3固定在上述圆孔中，并且导电滑环3.3两端的电线分别与照相机2和控制器4电连接，导电滑环3.3的作用是保证照相机2和控制器4在发生相对旋转的时候，仍然可以顺畅的保持电信号的传输。夹具3.8通过螺栓固定在旋转件3.7上，照相机2固定在夹具3.8上，当然，照相机2也可以用焊接或者螺栓连接的方式直接固定在旋转件3.7上。照相机2的照相口对准平面镜组1的反射面，也可以对准支撑平台5在平面镜组1中的虚像。

如图3所示，为了简明阐述平面镜组1的角度关系，本示意图仅摘取其中相邻三个平面镜加以说明，第i个平面镜与水平面8的夹角为αi，并且任意相邻的三个平面镜的夹角αi互不相等，比如在本实施例中α1＝90°、α2＝110°、α3＝130°、α4＝90°、α5＝110°、α6＝130°依此类推直到α16＝90°、α17＝110°、α18＝130°，当然也可是任意相邻的五个平面镜的夹角αi互不相等。αi也可以小于90度，本实施例的αi之所以要不小于90°，是因为此时三维扫描装置具备更大的可扫描空间以及更好的采光性。第i个平面镜反射面与水平面8交于线段li，线段li与线段li+1的夹角为θi其中1≤i≤17，线段l18与线段l1的夹角为θ18，，在本实施例中θ1=θ2=θ3=θ4=……=θ17=θ18=160°。为使每个平面镜中的像都是单次成像，θi要大于120°，单次成像的好处是能够有效的利用照相机2的像素并且方便采集数据的后期处理。在此特别声明上述水平面从现实中来说有无数个，水平面与平面镜的交线li有无数个，但θi和αi的大小却是唯一的。

实施例1具体使用方式为：利用控制器4控制旋转装置3间歇性转动，比如0.15秒内转动15°后静止0.1秒，然后一直循环直到旋转360°，同时在静止的0.1秒内控制器4控制照相机2进行拍照，这样6秒时间就可以完成采集，可以根据照相机拍照速度的性能来适当的调节间歇性转动周期，如果相机性能够好，采集时间就能够控制在2秒之内，最后利用pc机对数据进行处理得到三维模型。

实施例2

如图4所示，与实施例1不同的地方在于实施例2不再采用г形支架6，旋转装置3直接固定在天花板。同时多了一个投影仪9，投影仪9固定在旋转件3.7上，并且与照相机2并列，投影仪9的投影口对准待扫描物7在平面镜组1中的虚像。另外控制器4还包括pc机10。

其他的与实施例1相同，这里不再赘述。

施例2具体使用方式为：pc机10控制旋转装置3间歇性转动，同时pc机10控制投影仪9投射图案以及照相机2拍照，再利用pc机10对照相机2拍到的数据进行处理，最后得到三维模型。

以上两个实施例只是本发明的较佳实施，仅用来说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围，比如上述实施例1的照相机2可以采用微单、单反、工业相机以及具备拍照功能的手机，当然也可以采用摄像机。如上述实施例1，旋转装置3上固定的照相机2不仅限于一个，也可以采用两到三个甚至更多，以节省扫描时间。如上述实施例2，投影仪8也可以采用单束激光器或者光栅投影设备，另外投影仪8不一定要固定在旋转装置3上面，也可以采用多个投影仪直接固定在平面镜组1的顶部，同时投影口对准待扫描物。另外也可以将上述实施例2沿水平轴旋转180度，并且透明的支撑平台5置于平面镜组1和照相机2的中间。