带扫描距离控制和提示功能的手持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三维扫描仪。
【背景技术】
[0002]手持式三维扫描仪与固定式三维扫描仪最大的区别就在于扫描过程中，固定式三维扫描仪的空间位置基本固定，而手持式三维扫描仪的空间位置则在不断变化。而当手持式三维扫描仪与被测物体距离过近或过远时，特别是当被扫描物体处于仪器景深范围之外时，被扫描物体表面在仪器内部摄像头的聚焦成像也会变模糊，导致扫描结果产生较大的误差，若不剔除这些较大误差，将会产生与实际偏差较大，甚至错误的三维扫描数据。由于手持式三维扫描仪出厂前都经过标定，在一定的扫描距离内其准确度良好，要想避免因扫描距离产生的误差，须要将扫描距离控制在一定的合理范围内。而人为手动操作手持式三维扫描仪时任何的手部动作都会造成扫描仪的空间位置变化，造成扫描距离的不稳定，特别是对产品不熟悉未能熟练操作的人员很难控制扫描距离从而影响了手持式三维扫描仪的扫描效果。
【发明内容】
[0003]为了克服已有手持式三维扫描仪的存在由于扫描距离不稳定带来的误差、扫描效果较差的不足，本实用新型提供了一种有效降低扫描距离不稳定带来的误差、提升扫描效果的带扫描距离控制和提示功能的手持式三维扫描仪。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0005]—种带扫描距离控制和提示功能的手持式三维扫描仪，包括用于图像采集的摄像头、用于进行图案投影的图案投影器以及用以控制所述摄像头和图案投影器工作的控制器，所述扫描仪还包括用于显示距离提示信息的人机交互模块；所述控制器还包括用于计算扫描仪与扫描目标之间的距离并输出显示的距离输出模块和用于如果当前距离位于预设阈值范围之外则发出告警指令的距离提醒模块；所述距离输出模块与距离提醒模块连接，所述距离提醒模块与所述人机交互模块连接。
[0006]进一步，所述人机交互模块包括显示屏和报警装置，当然，也可以带有其他交互组件。
[0007]本实用新型的技术构思为:通过人机交互模块实时反馈当前扫描距离并且当扫描距离超过阈值时，提醒用户控制扫描距离以使仪器视野范围内的被扫描表面处于仪器的景深范围之内，而且可以将被扫描物体处于景深范围之外部分的表面图像数据自动剔除，避免了不必要的误差。
[0008]采用了本方案的扫描仪不仅可以减少不必要的误差，提高扫描的准确度，而且可以让用户清楚地了解仪器的实时工作状态，轻松调整姿态和距离，增强了仪器的操作便利性和人性化功能。
[0009]本实用新型的有益效果主要表现在:有效降低扫描距离不稳定带来的误差、提升扫描效果。
【附图说明】
[0010]图1是带扫描距离控制和提示功能的手持三维扫描仪的原理图。
[0011]图2是测试结果的示意图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
[0013]参照图1和图2，一种带扫描距离控制和提示功能的手持式三维扫描仪，包括用于图像采集的摄像头、用于进行图案投影的图案投影器以及用以控制所述摄像头和图案投影器工作的控制器，所述扫描仪还包括用于显示距离提示信息的人机交互模块；所述控制器还包括用于计算扫描仪与扫描目标之间的距离并输出显示的距离输出模块和用于如果当前距离位于预设阈值范围之外则发出告警指令的距离提醒模块；所述距离输出模块与距离提醒模块连接，所述距离提醒模块与所述人机交互模块连接。
[0014]进一步，所述人机交互模块包括显示屏和报警装置，当然，也可以带有其他交互组件。
[0015]本实施例的距离输出模块与距离提醒模块均为硬件模块，将其集成到控制器之中。
[0016]本实施例的图案投影器可以采用激光投影器，也可以采用白光投影器。
[0017]本实施例的扫描距离控制和提示方法，步骤如下:
[0018]第一步:获取标记点库
[0019]可以通过全局摄影测量，以获取各标记点在世界坐标系0?下的坐标值组成的标记点库。
[0020]也可以通过手持式三维扫描仪对被扫描物体进行只扫描标记点的预扫描过程，以获取物体表面各个标记点在世界坐标系0?下的坐标值组成的标记点库。
[0021]再或者以第一帧图像中的标记点数据作为初始标记点库，其之后的扫描图像帧中的标记点数据与其匹配拼接。如若匹配拼接成功则将这些标记点数据添加到标记点库中。
[0022]无论使用上述何种方式，若在之后扫描过程中出现标记点库中不存在的，但通过周边能与标记点库中的标记点成功匹配的多个标记点得到当前标记点相对位置的都作为新添加的标记点加入到原标记点库中。
[0023]第二步:分析并求出公共视野中各个标记点在仪器坐标系0。下的坐标值，将其与第一步中获得的标记点库进行一一匹配。如果成功匹配的点数少于3个则认为匹配不成功，再次通过扫描仪统获取数据。直至成功匹配的标记点数达到3个及以上则认为匹配完成，进入第三步。
[0024]第三步:根据匹配成功的标记点在当前仪器坐标系0。下的坐标值与标记点库中对应标记点在世界坐标系0?的坐标值求出当前仪器坐标系0。相对于世界坐标系0 ?的RT变换矩阵。
[0025]第四步:根据视野中标记点和图案投影轮廓点在当前仪器坐标系0c下的坐标值以及第三步中得到的RT变换矩阵计算出标记点和图案投影轮廓点以及当前仪器在世界坐标系下0W下的坐标值。将一些处于相机景深范围即阈值范围外的标记点和图案投影轮廓点自动剔除，并计算得到当前仪器距离被扫描物体的距离L，并将该值传递给人机交互模块。
[0026]第五步:人机交互模块将收到的距离数据L实时显示在显示屏上，让用户清楚明了地了解仪器当前的工作距离。同时将L与设定的阈值范围进行比较。如果该值落在阈值范围外则停止数据采集并且启动报警装置用于提醒用户调整扫描距离至阈值范围以内，直到扫描距离恢复到阈值范围以内则关闭报警装置(例如声光报警系统)，三维扫描仪继续工作。
[0027]图2即为测试结果，其中横坐标表示被测物体表面离镜头距离，纵坐标表示投影线条的宽度。从曲线图上可以明显看到当相机距离被测物体表面屯时投影线条宽度最小，离远靠近投影线条宽度都变大。这是因为距离d3时被测物体表面恰好在相机焦点所在平面，此时获得的图像最清晰，远离或靠近都会使成像变模糊，具体表现就是被测物体表面投影线条的宽度变大。当投影线条宽度大于1后认为成像过于模糊。对应到距离d则是当距离小于山或者大于d5时成像模糊，这两个距离就作为系统的距离阈值，扫描距离一旦超出这个范围人机交互系统便报警。本方案就是通过各个模块的协同工作，目的是将扫描距离控制在合理范围内即图2中的山和d5之间。如果扫描距离不加以限制，而在被测物体表面投影线条的宽度很大的时候，即图2中的报警区时仍采集数据，这些误差较大的数据不仅无法契合该扫描部分的真实数据，更会对整个被扫描物体的数据造成影响。
【主权项】
1.一种带扫描距离控制和提示功能的手持三维扫描仪，包括用于图像采集的摄像头、用于进行图案投影的图案投影器以及用以控制所述摄像头和图案投影器工作的控制器，其特征在于:所述扫描仪还包括用于显示距离提示信息的人机交互模块；所述控制器还包括用于计算扫描仪与扫描目标之间的距离并输出显示的距离输出模块和用于如果当前距离位于预设阈值范围之外则发出告警指令的距离提醒模块；所述距离输出模块与距离提醒模块连接，所述距离提醒模块与所述人机交互模块连接。2.如权利要求1所述的带扫描距离控制和提示功能的手持三维扫描仪，其特征在于:所述人机交互模块包括显示屏和报警装置。
【专利摘要】一种带扫描距离控制和提示功能的手持式三维扫描仪，包括用于图像采集的摄像头、用于进行图案投影的图案投影器以及用以控制所述摄像头和图案投影器工作的控制器，所述扫描仪还包括用于显示距离提示信息的人机交互模块；所述控制器还包括用于计算扫描仪与扫描目标之间的距离并输出显示的距离输出模块和用于如果当前距离位于预设阈值范围之外则发出告警指令的距离提醒模块；所述距离输出模块与距离提醒模块连接，所述距离提醒模块与所述人机交互模块连接。本实用新型提供了一种有效降低扫描距离不稳定带来的误差、提升扫描效果的带扫描距离控制和提示功能的手持三维扫描仪。
【IPC分类】G01B11/25
【公开号】CN204963812
【申请号】CN201520647818
【发明人】孙凡威, 郑俊
【申请人】杭州思看科技有限公司
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年8月25日