一种基于tof相机的三维扫描系统及扫描方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种三维扫描仪，更特别地说，是指一种基于T0F(Time Of Flight)相机的无线控制的桌面式三维扫描系统及其扫描方法。
【背景技术】
[0002]三维(3D)扫描仪被用在许多应用中以产生物体的计算机图像或者追踪物体或人的运动。一种获取目标的三维图像的扫描仪采用主动照明，其光源是经过系统调幅之后由LED阵列或激光二极管产生的近红外光。该扫描仪发射出的光线在场景中被物体反射后，被扫描仪的传感器接收，通过检测发射光线和反射光线的相位差获得目标的每个像素点的距离信息，并能同时获取目标的灰度信息。目标所有像素的距离信息、像素点的相互关系以及像素点的灰度信息构成了目标的3D图像。对同一目标物体逐次进行不同角度的拍摄，将拍摄的图像拼接，即可得到目标完整的3D计算机图像。
[0003]目前，已经提出多种桌面3D扫描仪以获取静态物体的3D图像。桌面3D扫描仪的成像原理为:物体放在旋转台上，激光照射到物体表面，相机拍照提取物体轮廓，生成点云，拟合成曲面，最终形成三维模型。
[0004]虽然现有的桌面扫描仪能够获取小目标静态物体的较为精确的三维图像。但是，由于物体于旋转台上扫描，存在扫描死角，对获取的三维图像拼接之后，三维模型会出现孔洞，影响成像质量。
【发明内容】
[0005]为了克服针对目前三维扫描的三维模型会出现孔洞，影响成像质量的问题，本发明提供一种基于T O F相机的三维扫描系统及扫描方法。
[0006]—方面，本发明提供了本发明要解决的技术问题:克服现有技术不足，设计一种全方位扫描的无线控制的桌面3D扫描方法。
[0007]一方面，本发明提供一种基于TOF相机的桌面三维扫描方法，步骤如下:
[0008](I)TOF三维扫描系统搭建与标定；
[0009](2)移动终端无线控制与传输；
[0010](3)三维扫描并将数据上传云端拼接。
[0011]进一步地，所述步骤(I)中，TOF三维扫描系统搭建与标定方法为:
[0012]采用TOF相机作为三维扫描系统的三维成像装置；
[0013]采用电机控制的2个自由度的三维云台作为物体的载体，TOF相机相对于三维云台的位置固定；
[0014]使用基于黑白棋盘格视觉标定方法完成对TOF相机内外参数的标定分别标定三维云台两旋转轴与TOF相机坐标系的相对位置。
[0015]进一步地，所述步骤(2)中，移动终端无线控制与传输的置入方法为:
[0016]设计电路联合控制TOF相机和三维云台，能够同时控制云台旋转和触发相机拍摄；
[0017]在控制系统中加入无线传输模块，具体为使用蓝牙；
[0018]在移动终端编写相应的程序，实现与三维扫描仪的匹配，与数据传输；
[0019]将三维扫描仪的控制程序置入移动终端程序中，实现移动终端对三维扫描仪的无线控制。
[0020]进一步地，所述步骤(3)中，三维扫描的方法为:
[0021]将物体固定于三维云台上，使用标定后的系统对物体进行三维扫描，并记录数据；
[0022]使用移动终端控制电机水平方向旋转，同时控制相机拍摄物体，每隔一定的角度拍摄一次，记录物体的三维图像和旋转平台的状态信息；
[0023]通过无线传输模块，将扫描得到的数据传输到移动终端；
[0024]当水平旋转360度之后，控制三维云台垂直旋转，同时进行拍摄，直到旋转360度，记录数据。
[0025]进一步地，所述步骤(3)中，数据上传云端拼接的方法为:
[0026]在扫描的同时，移动终端将得到的扫描数据通过无线网络上传云端；
[0027]扫描完成后，在云端采用最近迭代算法(ICP)对一次完整扫描的数据进行图像拼接；
[0028]将拼接完成得到的物体的完整三维数据图像通过互联网下传到移动终端，或者置于用户的云端空间，在网页上进行三维展示。
[0029]本发明还提供一种基于TOF相机的桌面三维扫描系统，包括:
[0030]成像与标定单元，其配置为，用于TOF三维扫描系统的搭建与标定；
[0031 ]控制与传输单元，其配置为，用于移动终端无线控制与传输；
[0032]扫描与上传单元，其配置为，用于三维扫描并将数据上传云端拼接。
[0033]进一步地，所述成像与标定单元包括:
[0034]采用TOF相机作为三维扫描系统的三维成像装置；
[0035]采用电机控制的2个自由度的三维云台作为物体的载体，TOF相机相对于三维云台的位置固定；
[0036]使用基于黑白棋盘格视觉标定方法完成对TOF相机内外参数的标定分别标定三维云台两旋转轴与TOF相机坐标系的相对位置。
[0037]进一步地，所述控制与传输单元包括:
[0038]设计电路联合控制TOF相机和三维云台，能够同时控制云台旋转和触发相机拍摄；
[0039]在控制系统中加入无线传输，具体为使用蓝牙；
[0040]在移动终端编写相应的程序，实现与三维扫描仪的匹配，与数据传输；
[0041 ]将三维扫描仪的控制程序置入移动终端程序中，实现移动终端对三维扫描仪的无线控制。
[0042]进一步地，所述扫描与上传单元包括:
[0043]将物体固定于三维云台上，使用标定后的系统对物体进行三维扫描，并记录数据；
[0044]使用移动终端控制电机水平方向旋转，同时控制相机拍摄物体，每隔一定的角度拍摄一次，记录物体的三维图像和旋转平台的状态信息；
[0045]通过无线传输模块，将扫描得到的数据传输到移动终端；
[0046]当水平旋转360度之后，控制三维云台垂直旋转，同时进行拍摄，直到旋转360度，记录数据。
[0047]进一步地，所述扫描与上传单元还包括:
[0048]在扫描的同时，移动终端将得到的扫描数据通过无线网络上传云端；
[0049]扫描完成后，在云端采用最近迭代算法(ICP)对一次完整扫描的数据进行图像拼接；
[0050]将拼接完成得到的物体的完整三维数据图像通过互联网下传到移动终端，或者置于用户的云端空间，在网页上进行三维展示。
[0051 ]本发明中基于TOF相机的三维扫描系统方法，其特点在于特征如下:
[0052](I)搭建三维扫描系统并进行标定，采用TOF深度相机采集物体的三维图像，以云台的三维旋转改变物体相对于相机的姿态，获取物体不同姿态的三维图像。
[0053](2)本发明在扫描仪中置入无线传输模块，实现与移动终端的匹配和通信，使用移动终端控制扫描仪，扫描得到的不同姿态的三维图像数据通过无线模块输入到移动终端。
[0054](3)三维图像数据通过移动终端的互联网上传云端，在云端服务器中对扫描得到的多幅图像完成拼接，最后将拼接的图像储存于用户的云端数据库。
[0055]本发明基于时间飞行相机的桌面三维扫描方法的优点在于:
[0056]①本发明采用全方位旋转云台，可实现对物体的全方位三维扫描，扫描无死角，拼接后得到的物体的三维图像完整，无孔洞。
[0057]②本发明设计的无线传输模块，可实现移动终端对扫描仪的控制和通信，无需计算机辅助即可完成自动扫描。
[0058]③本发明采用数据上传云端，在云端对三维图像拼接，拼接高效，同时可极大减少扫描仪端的操作复杂度和数据处理量，使扫描仪轻便、易于操作。
【附图说明】
[0059]构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0060]图1是一种基于TOF相机的三维扫描系统的结构原理示意图；
[0061 ]图2是一种基于TOF相机的桌面三维扫描系统结构示意框图。
【具体实施方式】
[0062]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0063]如图1所示，本发明一种基于TOF相机的桌面三维扫描方法的具体步骤如下:
[0064]1、搭建TOF三维扫描平台并进行标定。本发明采用TOF相机作为三维扫描系统的三维成像装置，采用电机控制的2个自由度的三维云台作为物体的载体，TOF相机相对于三维云台的位置固定。使用基于黑白棋盘格视觉标定方法完成对TOF相机内外参数的标定。分别标定三维云台两旋转轴与TOF相机坐标系的相对位置。
[0065]2、设计电路联合控制TOF相机和三维云台，能够同时控制云台旋转和触发相机拍摄。在控制系统中加入无线传输模块，具体为使用蓝牙;在移动终端编写相应的程序，实现与三维扫描仪的匹配，与数据传输。将三维扫描仪的控制程序置入移动终端程序中，实现移动终端对三维扫描仪的无线控制。
[0066]3、将物体固定于三维云台上，使用标定后的系统对物体进行三维扫描，并记录数据。使用移动终端控制电机水平方向旋转，同时控制相机拍摄物体，每隔一定的角度拍摄一次，记录物体的三维图像和旋转平台的状态信息。通过无线传输模块，将扫描得到的数据传输到移动终端。当水平旋转360度之后，控制三维云台垂直旋转，同时进行拍摄，直到旋转360度，记录数据。
[0067]4、在扫描的同时，移动终端将得到的扫描数据通过无线网络上传云端。扫描完成后，在云端采用最近迭代算法(ICP)对一次完整扫描的数据进行图像拼接。
[0068]5、将拼接完成得到的物体的完整三维数据图像通过互联网下传到移动终端，或者置于用户的云端空间，在网页上进行三维展示。为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0069]以上是本申请的核心思想，为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图对本申请作进一步的详细说明。
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