具有激光投影器曝光时间调节功能的手持激光三维扫描仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种手持激光三维扫描仪。
【背景技术】
[0002] 手持激光三维扫描技术以其抗干扰能力强、检测精度高、使用简便等优点逐步被 用在各种工业、考古、医疗、教学等领域。相比白光投影原理的三维扫描仪，激光三维扫描仪 可以从每一组同步帧图像中提取物体表面特征计算得到被扫描物体的一部分表面点云，以 及由于激光投影的光强更大因而允许捕捉其图像的摄像头可以以不产生运动模糊的快门 时间进行曝光，因此更能适合用手持的方式在不断连续移动的状态下进行扫描。另外，由于 激光的波段的单一性，通过在摄像头前加装带通滤光镜可以很大程度上去除环境光线对其 扫描过程的影响，使其适用于室外自然光环境下的物体表面轮廓的三维扫描。
[0003] 目前的手持激光三维扫描仪内部由两个及以上的摄像头和一个及以上的激光投 影器组成，其相互之间的所有位置关系均已经在扫描前标定已知，在扫描时两个及以上的 摄像头同步采集目标物体表面的特征点用于定位仪器自身的空间三维坐标位置，采集被投 影到目标物体表面的激光投影图案用于获得目标物体的表面点云数据。不同颜色和材质的 物体表面，对于激光的反射效率和自然光的反射均不尽相同，因此如果用固定亮度的激光 投影器去照射被扫描物体，可能会得到不同灰度的激光投影图像，过亮或者过暗均会影响 扫描的效果和精度。
[0004] 以只投射单条线状激光的激光投影器投射到一定颜色和材质的目标物体表面为 例，分别调整激光的开启时间为lms、2ms和4ms。如图2所示，在摄像头采集获得的激光图 案中，垂直于激光方向为横坐标方向，以激光线条的中心为原点，逐行计算分析该方向上的 像素分布。图3为垂直于激光方向的一维亮度分布曲线，纵坐标为像素上的灰度值，从0到 255对应暗到亮。例子中目标物体表面非激光照射区域在摄像头上成像的平均灰度为40左 右，扫描仪在一个摄像头快门开启期间的激光持续时间分别设为lmS、2ms和4ms，以灰度值 为100以上作为区分激光图案的阀值。激光持续时间设为2ms时，其亮度分布曲线显示的 激光宽度在3个像素左右；激光持续时间设为4ms时激光宽度为11个像素左右，由于扫描 时需要在摄像头采集的图像中精确的识别出激光在目标物体表面的轮廓线，过宽的激光线 条会导致无法获得精准的表面特征，从而降低扫描的精度；激光持续时间为Ims时激光整 体的灰度值均在100以下，与非激光照射区域的灰度相差不大，因此无法在图像的背景中 有效提取激光的图案信息。
【发明内容】
[0005] 为了克服已有手持激光三维扫描仪采用固定亮度的激光投影器进行扫描时存在 的扫描效果较差、扫描精度较低的不足，本实用新型提供一种扫描效果良好、扫描精度较高 的具有激光投影器曝光时间调节功能的手持激光三维扫描仪。
[0006] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007] -种具有激光投影器曝光时间调节功能的手持激光三维扫描仪，包括两个及以上 用于图像采集的摄像头、一个及以上用于进行激光图案投影的激光投影器以及用以控制所 述摄像头和激光投影器工作的控制器，所述控制器包括用以按照曝光触发周期控制摄像头 工作的摄像头控制模块，用于控制激光投影器以设定频率和开启时间工作的投影控制模 块，所述控制器还包括用于统计目标物体表面激光投影图案的灰度，控制激光投影器的曝 光时间获得最佳激光曝光图像的激光投影器调节控制模块，所述激光投影器调节控制模块 与摄像头控制模块、所述投影控制模块连接。
[0008] 进一步，所述摄像头控制模块与信号隔离电路连接，所述信号隔离电路与所述摄 像头连接，所述投影控制模块与所述开关电路连接，所述开关电路与所述激光投影器连接。 当然，信号隔离电路也可以集成到摄像头之中，所述摄像头控制模块可以直接与摄像头连 接。
[0009] 本实用新型的技术构思为：由于手持激光三维扫描仪的扫描精度直接取决于摄像 头所拍摄到的激光投影器投射到被扫描物体表面的投影图案的成像质量，而成像质量很大 程度取决于其在摄像头内部的感光元件上的亮度是否合适。扫描仪扫描颜色较深的物体时 为得到正常曝光，需要增加激光投影器的投射亮度；而扫描颜色较浅的物体时则需要减少 激光投影器的投射亮度来得到正常的曝光图案。
[0010] 本发明所述的手持激光三维扫描仪通过对激光投影器开启时间的调节，在一个摄 像头的曝光周期内可获得曝光合适的激光投影图案，从而保证手持激光三维扫描仪的扫描 精度。相比固定亮度的激光投影器的三维扫描仪，本发明所述的手持激光扫描扫描仪可以 显著降低扫描仪对工作环境的要求，提高扫描各自表面颜色和材质的适应性。另外，将激光 投影器的开启时间从整个扫描过程调整为摄像头的快门开启周期内可以显著降低系统的 功耗，同时也防止激光亮度过亮而对人眼睛造成伤害。
[0011] 本实用新型的有益效果主要表现在：1、扫描效果良好、扫描精度较高；2、降低功 耗，安全性较高。
【附图说明】
[0012] 图1是具有激光投影器曝光时间调节功能的手持激光三维扫描仪的原理框图
[0013] 图2是投射单条线状激光的激光投影器投射到一定灰度的目标物体表面的示意 图。
[0014] 图3是垂直于激光方向的一维亮度分布曲线，纵坐标为像素上的灰度值，从0到 255对应暗到亮。
[0015] 图4是扫描仪工作时摄像头和激光投影器的触发时序的示意图。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
[0017] 参照图1~图4, 一种具有激光投影器曝光时间调节功能的手持激光三维扫描仪， 包