号，根据所述预设曝光时间向所述立体视觉图像传感器发送第二触发信号。
[0081]图6所不为本实施例的一种多线阵列激光三维扫描方法的整体实现流程:在S601中，系统进行初始化，上位机105控制FPGAlO1、立体视觉图像传感器102开启，进入工作状态；S602中，FPGA101发送触发信号控制光学元件频闪并控制立体视觉图像传感器102开始曝光采集图像对；S603中，立体视觉图像传感器102将采集的图像对传送至上位机105 ;S604中，上位机通过激光线阵列编码解码功能对激光线进行解码标识，为图像上的每条激光线段识别激光平面编号；S605中，上位机通过三维重建计算功能进行激光线和特征点三维重建；S606中，上位机通过光学跟踪定位功能进行特征点跟踪定位、数据配准及跟踪预测；S607中，上位机通过误差等级评估计算功能进行测量误差等级评估计算；S608中，上位机105将误差等级发送至FPGA101 ;S609中，FPGAlOI根据误差等级控制误差反馈控制器104发出指示；S610中，根据误差反馈控制器提示调整工作距离；S611中，等待下一次FPGA触发信号，跳转至S602进入循环。
[0082]图2所示为本实施例的一种工作状态下的设备结构示意图，便携式多线阵列激光三维扫描设备主要由可编程门阵列FPGA101、立体视觉图像传感器102、线激光器阵列103以及误差反馈控制器104组成，线激光器阵列103出射一组激光平面，投影在被测物体表面501上一组激光线阵列502，圆形标记点503为光学三维扫描普遍使用的一种人工标记，用来进行多次扫描数据之间的配准拼接。
[0083]上述系统扫描效率大幅提升。采用激光线阵列图案与现有技术中的单激光线扫描相比，数据重建效率成倍增加。如果阵列中激光线数量为n，则在单位时间内重建的数据量是单线扫描的η倍，即在完成相同数据量的扫描情况下，激光线阵列扫描的时间只有单线扫描的I/η。例如，采用6个线激光器组成的阵列扫描效率约为单线扫描的6倍，扫描时间缩短5/6。
[0084]设备成本大幅下降。特殊订制的多线激光发生器工艺复杂，且技术被极少数公司垄断，成本很高，通常这类激光扫描设备的激光器成本在数万元人民币；而采用单线激光器阵列，同等激光线数量的激光器阵列成本只有几百元人民币，即激光器部分成本节省95/100以上，整个扫描设备的成本随之降低约2/3。
[0085]使用寿命大幅增加。受图像采集传感器的处理速度限制，图像有效曝光时间对扫描总时间的占比约为1/10，因此在现有技术的持续扫描模式下，主要光学LED元件(如激光LED等)有高达9/10的无效工作时间，而采用脉冲频闪式扫描后，主要光学LED元件的无效工作时间占比由9/10降为0，按照LED标称参数估计，使用寿命提升10倍以上，能耗大幅降低，散热几乎可忽略不计，同时省去了散热结构的设计和制造成本。
[0086]扫描误拼接率下降，可靠性提升。采用光学跟踪定位技术与现有的单一定位技术相比，提升了特征点匹配的可靠性，进而提升了扫描数据拼接配准的正确率。以含200个定位参考标记点的物体扫描为例，两种技术分别扫描50次进行实验统计，单一定位技术出现误拼接的概率约为50%，而光学跟踪定位技术出现误拼接的次数为O。
[0087]扫描精度显著提升。根据国际权威的德国VD1-2634光学三维测量设备精度检测标准进行测试，采用误差评估及反馈控制技术后，激光扫描精度从0.1mm以上提升至0.03mm，为原来的3倍左右。
[0088]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种多线阵列激光三维扫描系统，其特征在于，包括:多线阵列激光三维扫描设备和上位机，所述多线阵列激光三维扫描设备包括可编程门阵列FPGA、至少一个立体视觉图像传感器、线激光器阵列和误差反馈控制器，所述可编程门阵列FPGA与所述立体视觉图像传感器、线激光器阵列和误差反馈控制器分别相连，所述上位机分别与所述可编程门阵列FPGA和立体视觉图像传感器相连； 所述可编程门阵列FPGA，用于向所述线激光器阵列发送第一触发信号，以使所述线激光阵列根据所述第一触发信号频闪照射被测物体的表面； 所述可编程门阵列FPGA，还用于向所述立体视觉图像传感器发送第二触发信号，以使所述立体视觉图像传感器根据所述第二触发信号对被测物体进行曝光拍摄，并将拍摄的图像对发送至上位机； 所述上位机，还用于对测量数据实时进行误差评估并将评估结果反馈至可编程门阵列FPGA ； 所述可编程门阵列FPGA，还用于在接收到所述上位机反馈的评估结果后，根据所述评估结果向所述误差反馈控制器发送控制信号，并根据所述评估结果调整所述激光三维扫描设备与被测物体的距离； 所述上位机，还用于对所述立体视觉图像传感器拍摄的图像对中的激光线进行编码和解码； 所述上位机，还用于对被测物体图像对中的特征点以及所述被测物体的表面反射的激光线进行三维重建； 所述上位机，还用于以所述特征点为基准，将不同帧上的三维激光线数据配准到同一坐标系中生成形面点云。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可编程门阵列FPGA，还用于接收所述上位机发送的预设脉冲触发信号和预设曝光时间，根据所述预设脉冲触发信号，向所述线激光器阵列发送第一触发信号，根据所述预设曝光时间向所述立体视觉图像传感器发送第二触发信号。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述误差反馈控制器，用于接收所述可编程门阵列FPGA发送的控制信号，输出与所述控制信号对应的指示灯光。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述误差反馈控制器为变色LED灯，包括红、绿、蓝三种基色组合的光。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述立体视觉图像传感器为多目视觉图像传感器，由两个或两个以上的光学相机组成。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述立体视觉传感器中设置有照明装置。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述照明装置的照射时间与所述立体视觉传感器的曝光时间同步。8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述线激光器阵列包括由多个线激光器按照矩阵式的排列方式组成。9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述上位机，用于对所述特征点进行跟踪，并通过跟踪相邻时间帧间的同名特征点，将不同帧上的激光线配准到同一坐标系中。10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述上位机，还用于实时评估所述激光三维扫描设备与被测物体的距离，并在所述距离超出预设距离时，向所述可编程门阵列FPGA反馈评估结果。11.根据权利要求ι-?ο中任一项所述的系统，其特征在于，所述上位机上还设置有通讯接口，所述通讯接口用于向与所述上位机连接的控制设备进行通讯，以使所述控制设备调整所述多线阵列激光三维扫描设备与被测物体间的距离。12.—种基于权利要求1-11中任一项所述的多线阵列激光三维扫描系统的多线阵列激光三维扫描方法，其特征在于，包括: 所述可编程门阵列FPGA向所述线激光器阵列发送第一触发信号，以使所述线激光阵列根据所述第一触发信号频闪照射被测物体的表面； 所述可编程门阵列FPGA向所述立体视觉图像传感器发送第二触发信号，以使所述立体视觉图像传感器根据所述第二触发信号对被测物体进行曝光拍摄，并将拍摄的图像对发送至上位机； 所述上位机对所述立体视觉图像传感器拍摄的图像对中被测物体的表面反射的激光线进行编码解码； 所述上位机对所述立体视觉图像传感器拍摄的图像对中被测物体特征点以及所述被测物体的表面反射的激光线进行三维重建； 所述上位机以所述特征点为基准，将不同帧上的三维激光线数据配准到同一坐标系中生成形面点云； 所述上位机对测量数据实时进行误差评估并将评估结果反馈至可编程门阵列FPGA ; 所述可编程门阵列FPGA在接收到所述上位机反馈的评估结果后，根据所述评估结果向所述误差反馈控制器发送控制信号，并根据所述评估结果调整所述激光三维扫描设备与被测物体的距离。13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述可编程门阵列FPGA向所述线激光阵列发送第一触发信号之前，所述方法还包括: 所述可编程门阵列FPGA接收所述上位机发送预设曝光时间以及预设脉冲触发信号，根据所述预设脉冲触发信号向所述线激光阵列发送第一触发信号，根据所述预设曝光时间向所述立体视觉图像传感器发送第二触发信号。
【专利摘要】本发明提供了一种多线阵列激光三维扫描系统及多线阵列激光三维扫描方法，该系统通过可编程门阵列FPGA实现多线阵列激光三维扫描系统的精确同步和逻辑控制，采用线激光器阵列作为投影图案光源，通过可编程门阵列FPGA向立体视觉图像传感器和线激光器阵列发送触发信号，上位机接收到立体视觉图像传感器拍摄的图像对，并对该图像对中的激光线阵图案进行编码解码及三维重建，对被测物体表面特征点进行三维重建和不同时刻间三维特征点匹配对齐，采用光学跟踪技术对匹配计算进行预测和纠错，用于时域激光三维扫描数据的配准拼接，同时实时进行测量误差等级评估并反馈至误差反馈控制器做出调整指示，从而完成低成本、高效率、高可靠性和高精度的激光三维扫描。
【IPC分类】G01B11/24
【公开号】CN105203046
【申请号】CN201510574382
【发明人】杜华, 李仁举, 叶成蔚
【申请人】北京天远三维科技有限公司
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月10日