一种无需在物体表面粘贴标志点的三维扫描系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种无需在物体表面粘贴标志点的三维扫描系统，包括三维扫描模组和粘贴在扫描基板上的若干编码标志点，所述三维扫描模组包括双目视觉追逐传感模组、加速度传感模组和陀螺仪传感模组，所述陀螺仪传感模组分别与双目视觉追逐传感模组、加速度传感模组连接，所述双目视觉追逐传感模组、加速度传感模组和陀螺仪传感模组均固定在PCB线路板上，所述PCB线路板固定在所述三维扫描模组的壳体内侧。本实用新型提供了一种无需在物体表面粘贴标志点的三维扫描系统，该系统工作时无需在待扫描物体表面粘贴标志点，不会造成数据的破坏和纹理的缺失，具有结构简单、成本低廉、高效率、高精度、高分辨率的特点。
【专利说明】
一种无需在物体表面粘贴标志点的三维扫描系统
技术领域
[0001]本实用新型属于测绘技术领域，具体涉及一种无需在物体表面粘贴标志点的三维扫描系统。
【背景技术】
[0002]三维扫描系统用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状(几何构造)与外观数据(如颜色、表面反照率等性质)，搜集到的数据常被用来进行三维重建计算，在虚拟世界中创建实际物体的数字模型，这些模型具有相当广泛的用途，举凡工业设计、瑕疵检测、逆向工程、机器人导引、地貌测量、医学信息、生物信息、刑事鉴定、数字文物典藏、电影制片、游戏创作素材等等都可见其应用。
[0003]一个三维扫描系统在采集数据的过程中分为以下步骤:
[0004](I)单片三维点云数据的获取；
[0005](2)获取两片不同角度三维点云数据的拼接；
[0006](3)重复以上过程实现多片三维点云数据的拼接。
[0007]传统的三维扫描系统在两片(多片)三维数据获取和拼接中主要通过两种技术路线:
[0008]第一种是在待扫描物体表面粘贴标志点，获取两片不同角度以标志点的坐标为基准的三维点云数据，再做两片三维点云数据的坐标系转化以实现数据拼接，在这个过程中因为需要在物体表面粘贴标志点，会对物体表面粘贴标志点部分的数据造成破坏和纹理的缺失；
[0009]第二种是在待扫描物体下面加设一个电动的转台和运动控制模组，先在一个角度拍摄一片三维点云数据，然后用上位机控制转台转动一定角度，将转台的转动量和角度信息回传给上位机，然后拍摄第二幅三维点云数据，最后在数据处理的时候，算法通过转台回传回来的角度信息做两片三维点云数据的坐标系转换，实现两片(多片)三维点云数据的拼接，这种方式虽然不需要在物体表面粘贴标志点，但是对转台和运动控制的精度要求极高，转台设备成本高，而且要求三维扫描模组部分和转台之间的相对位置固定，扫描模组不能任意移动，不然无法转换坐标系，多片点云数据无法拼接，会造成扫描过程中，视野和角度受限的情况。
【实用新型内容】
[0010]针对现有技术不足，本实用新型提供了一种无需在物体表面粘贴标志点的三维扫描系统，该系统工作时无需在待扫描物体表面粘贴标志点，不会造成数据的破坏和纹理的缺失，具有结构简单、成本低廉、高效率、高精度、高分辨率的特点。
[0011 ]为实现实用新型目的，本实用新型采用以下技术方案:
[0012]一种无需在物体表面粘贴标志点的三维扫描系统，包括三维扫描模组和粘贴在扫描基板上的若干编码标志点，所述三维扫描模组包括双目视觉追逐传感模组、加速度传感模组和陀螺仪传感模组，所述陀螺仪传感模组分别与双目视觉追逐传感模组、加速度传感模组连接，所述双目视觉追逐传感模组、加速度传感模组和陀螺仪传感模组均固定在PCB线路板上，所述PCB线路板固定在所述三维扫描模组的壳体内侧。
[0013]通过标定，把双目视觉追逐传感模组、加速度传感模组和陀螺仪传感模组之间进行坐标系绑定和归一，形成定位信息模组，再把定位信息模组和扫描基板上的编码标志点之间建立起联系，使定位信息模组可以精确输出相对编码标志点的X、Y、Z、俯仰、加速度方向、平移等位置变换信息。
[0014]通过标定，建立起定位信息模组和三维扫描模组之间的世界坐标系关系，同时将两个坐标系进行归一，建立起三维扫描模组相对于扫描基板上编码标志点之间的坐标系联系，可以精确得到三维扫描模组相对编码标志点的X、Y、Z、俯仰、加速度方向、平移等位置变换信息。
[0015]当三维扫描模组从物体不同角度拍摄物体时，每一个角度获得以三维扫描模组为中心的三维点云数据，结合从定位信息模组获取的三维扫描模组相对于编码标志点的Χ、Υ、Ζ、俯仰、加速度方向、平移等位置变换信息，可以进行几片不同三维数据之间以三维扫描模组为中心的三维点云数据坐标系归一和转化，从而实现多角度拍摄的三维扫描数据之间的拼接。
[0016]优选为，所述双目视觉追逐传感模组包括光学镜头、传感器和图像采集分析模组，所述光学镜头、传感器和图像采集分析模组两两相连，光学镜头用于对追逐目标进行成像，图像采集分析模组用于实现图像采集和视觉分析，所述双目视觉追逐传感模组集成度高、精度高、速度快、成本低，可完成传统追逐模组无法完成的高速目标追逐任务。
[0017]优选为，所述加速度传感模组包括光遮挡物和光路，所述光路包含发光单元和对应的光敏单元，光敏单元用于检测光路的遮挡情况并传递加速度数据，可以方便地定制不同精度的加速度传感器。
[0018]优选为，所述陀螺仪传感模组包括金属支架、传感元件和基座，所述传感元件设于金属支架内，所述传感元件固定在所述基座上，所述基座包括底座及固定在底座上的电极支撑架，所述陀螺仪传感模组用于确定待扫描物体关于Χ、γ或Z轴的旋转运动，传感元件可用振动传感方式，电极支撑架可以支撑并激发所述传感元件，传感元件用于确定待扫描物体在X、Y、Z轴上的旋转位移。
[0019]优选为，所述三维扫描模组还包括图像采集模组，所述图像采集模组通过金工件与PCB线路板连接，所述图像采集模组还与双目视觉追逐传感模组连接，获取的信息经分析后交由加速度传感模组和陀螺仪传感模组运用，图像采集模组的主体是相机模组，用于照片拍摄、编码图案信息的采集。
[0020]优选为，所述三维扫描模组还包括激光对焦模组，用于定焦，控制拍摄的位置及距离，所述激光对焦模组通过金工件与PCB线路板连接。
[0021]优选为，所述三维扫描模组还包括微型投影仪模组，可投影出编码图案，用于条幅数据的控制，所述微型投影仪模组通过金工件与PCB线路板连接。
[0022]优选为，所述三维扫描模组还包括无线传输模组，可实现数据的无线传输，所述无线传输模组与PCB线路板连接。
[0023]优选为，所述三维扫描模组还包括电池模组，所述电池模组固定在三维扫描模组的壳体内侧，电池模组作为备用电源，在突然停电时仍能保持三维扫描模组继续工作。
[0024]本实用新型的有益效果是:
[0025]1、无需在物体表面粘贴标志点，解决了传统三维扫描方式中需要在物体表面粘贴标志点的问题，不会破坏物体表面三维数据和纹理信息；
[0026]2、编码标志点自带变号功能，可以任意放置，单幅扫描时只需要至少一枚编码标志点在双目视觉追逐传感模组视域内即可，三维扫描模组移动时只需至少两枚编码标志点在双目视觉追逐传感模组视域内即可，该三维扫描系统高度集成化，使用灵活方便，可以进行实时移动和实时拼接数据；
[0027]3、该三维扫描系统具有结构简单、高集成度、高分辨率、高效率、高精度、速度快、成本低的特点。
【附图说明】
[0028]图1是本实用新型的使用状态图；
[0029]图2是本实用新型的外部结构示意图；
[0030]图3是本实用新型的内部结构示意图；
[0031 ]图4是本实用新型的双目视觉追逐传感模组的结构示意图；
[0032]图5是本实用新型的加速度传感模组的结构示意图；
[0033]图6是本实用新型的陀螺仪传感模组的结构示意图；
[0034]以上附图中:1、三维扫描模组;2、扫描基板;3、编码标志点；4、双目视觉追逐传感模组;5、加速度传感模组;6、陀螺仪传感模组;7、PCB线路板;8、壳体;9、光学镜头；10、传感器；11、图像采集分析模组；12、光路；13、光敏单元；14、金属支架；15、传感元件；16、基座；17、电极支撑架；18、待扫描物体；19、图像采集模组；20、激光对焦模组;21、微型投影仪模组;22、无线传输模组;23、电池模组。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图通过【具体实施方式】对本实用新型作进一步的说明。
[0036]如图1至图6所示，一种无需在物体表面粘贴标志点的三维扫描系统，包括三维扫描模组I和粘贴在扫描基板2上的若干编码标志点3，所述三维扫描模组I包括双目视觉追逐传感模组4、加速度传感模组5和陀螺仪传感模组6，所述陀螺仪传感模组6分别与双目视觉追逐传感模组4、加速度传感模组5连接，所述双目视觉追逐传感模组4、加速度传感模组5和陀螺仪传感模组6均固定在PCB线路板7上，所述PCB线路板7固定在所述三维扫描模组I的壳体8内侧，所述双目视觉追逐传感模组4包括光学镜头9、传感器10和图像采集分析模组11，所述光学镜头9、传感器10和图像采集分析模组11两两相连，光学镜头9用于对追逐目标进行成像，图像采集分析模组11用于实现图像采集和视觉分析，所述双目视觉追逐传感模组4集成度高、精度高、速度快、成本低，可完成传统追逐模组无法完成的高速目标追逐任务，所述加速度传感模组5包括光遮挡物和光路12，所述光路12包含发光单元和对应的光敏单元13，光敏单元13用于检测光路12的遮挡情况并传递加速度数据，可以方便地定制不同精度的加速度传感器，所述陀螺仪传感模组6包括金属支架14、传感元件15和基座16，所述传感元件15设于金属支架14内，所述传感元件15固定在所述基座16上，所述基座16包括底座及固定在底座上的电极支撑架17，所述陀螺仪传感模组6用于确定待扫描物体18关于X、Y或Z轴的旋转运动，传感元件15可用振动传感方式，电极支撑架17可以支撑并激发所述传感元件15，传感元件15用于确定待扫描物体在X、Y、Z轴上的旋转位移，所述三维扫描模组I还包括图像采集模组19，所述图像采集模组19通过金工件与PCB线路板7连接，所述图像采集模组19还与双目视觉追逐传感模组4连接，获取的信息经分析后交由加速度传感模组5和陀螺仪传感模组6运用，图像采集模组19的主体是相机模组，用于照片拍摄、编码图案信息的采集，所述三维扫描模组I还包括激光对焦模组20，用于定焦，控制拍摄的位置及距离，所述激光对焦模组20通过金工件与PCB线路板7连接，所述三维扫描模组I还包括微型投影仪模组21，可投影出编码图案，用于条幅数据的控制，所述微型投影仪模组21通过金工件与PCB线路板7连接，所述三维扫描模组I还包括无线传输模组22，可实现数据的无线传输，所述无线传输模组22与PCB线路板7连接，所述三维扫描模组I还包括电池模组23，所述电池模组23固定在三维扫描模组I的壳体8内侧，电池模组23作为备用电源，在突然停电时仍能保持三维扫描模组I继续工作。
[0037]通过标定，把双目视觉追逐传感模组4、加速度传感模组5和陀螺仪传感模组6之间进行坐标系绑定和归一，形成定位信息模组，再把定位信息模组和扫描基板2上的编码标志点3之间建立起联系，使定位信息模组可以精确输出相对编码标志点3的Χ、Υ、Ζ、俯仰、加速度方向、平移等位置变换信息。
[0038]通过标定，建立起定位信息模组和三维扫描模组I之间的世界坐标系关系，同时将两个坐标系进行归一，建立起三维扫描模组I相对于扫描基板2上编码标志点3之间的坐标系联系，可以精确得到三维扫描模组I相对编码标志点3的X、Y、Z、俯仰、加速度方向、平移等位置变换信息。
[0039]当三维扫描模组I从物体不同角度拍摄物体时，每一个角度获得以三维扫描模组I为中心的三维点云数据，结合从定位信息模组获取的三维扫描模组I相对于编码标志点3的Χ、Υ、Ζ、俯仰、加速度方向、平移等位置变换信息，可以进行几片不同三维数据之间以三维扫描模组I为中心的三维点云数据坐标系归一和转化，从而实现多角度拍摄的三维扫描数据之间的拼接。
[0040]以上所述仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的结构特征并不局限于此，本实用新型可以用于类似的产品上，任何本领域的技术人员在本实用新型的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本实用新型的专利范围之中。
【主权项】
1.一种无需在物体表面粘贴标志点的三维扫描系统，其特征在于:包括三维扫描模组和粘贴在扫描基板上的若干编码标志点，所述三维扫描模组包括双目视觉追逐传感模组、加速度传感模组和陀螺仪传感模组，所述陀螺仪传感模组分别与双目视觉追逐传感模组、加速度传感模组连接，所述双目视觉追逐传感模组、加速度传感模组和陀螺仪传感模组均固定在PCB线路板上，所述PCB线路板固定在所述三维扫描模组的壳体内侧。2.如权利要求1所述无需在物体表面粘贴标志点的三维扫描系统，其特征在于:所述双目视觉追逐传感模组包括光学镜头、传感器和图像采集分析模组，所述光学镜头、传感器和图像采集分析模组两两相连。3.如权利要求1所述无需在物体表面粘贴标志点的三维扫描系统，其特征在于:所述加速度传感模组包括光遮挡物和光路，所述光路包含发光单元和对应的光敏单元。4.如权利要求1至3任一所述无需在物体表面粘贴标志点的三维扫描系统，其特征在于:所述陀螺仪传感模组包括金属支架、传感元件和基座，所述传感元件设于金属支架内，所述传感元件固定在所述基座上，所述基座包括底座及固定在底座上的电极支撑架。5.如权利要求1所述无需在物体表面粘贴标志点的三维扫描系统，其特征在于:所述三维扫描模组还包括图像采集模组，所述图像采集模组通过金工件与PCB线路板连接，所述图像采集模组还与双目视觉追逐传感模组连接，获取的信息经分析后交由加速度传感模组和陀螺仪传感模组运用。6.如权利要求1所述无需在物体表面粘贴标志点的三维扫描系统，其特征在于:所述三维扫描模组还包括激光对焦模组，所述激光对焦模组通过金工件与PCB线路板连接。7.如权利要求1所述无需在物体表面粘贴标志点的三维扫描系统，其特征在于:所述三维扫描模组还包括微型投影仪模组，所述微型投影仪模组通过金工件与PCB线路板连接。8.如权利要求1所述无需在物体表面粘贴标志点的三维扫描系统，其特征在于:所述三维扫描模组还包括无线传输模组，所述无线传输模组与PCB线路板连接。9.如权利要求1所述无需在物体表面粘贴标志点的三维扫描系统，其特征在于:所述三维扫描模组还包括电池模组，所述电池模组固定在三维扫描模组的壳体内侧。
【文档编号】G06T3/40GK205664784SQ201620549839
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】茹方军, 李冠楠, 马威武, 魏爱权
【申请人】杭州非白三维科技有限公司