三维扫描装置的制作方法

本申请涉及三维扫描领域，具体而言，涉及一种三维扫描装置。

背景技术：

伴随着技术的进步和消费水平的提高。人们对服装要求越来越高，本着衣着合身、量身定制的需求应运而生，但是传统的手工测量过于依赖量体师的经验水平，另外效率太低、成本过高等因素，导致定制衣物和虚拟试衣等消费领域无法进行商业应用。

目前国内市面上常见的有深度传感器、结构光扫描仪。其中深度传感器技术方案简单、造价低，直接采用以微软体感装置Kinect为代表的批量化模组即可，而且有现成的SDK可供调用，开发过程简单，但最主要缺点是精度低，无法满足对精度有明确要求的鞋服合体定制。此外，结构光扫描仪技术方案简单，采用现成的模组进行拼装即可，但投影仪的成本高，同时白光对黑色敏感，容易产生数据空洞和缺失。

针对相关技术中三维扫描装置精度较低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本申请的主要目的在于提供一种三维扫描装置，以解决三维扫描装置精度较低的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种三维扫描装置。

根据本申请的三维扫描装置包括：信号收发器、移动轨道、伺服电机以及电气控制驱动器，所述信号收发器设置于所述移动轨道内，所述伺服电机设置在移动轨道上，所述电气控制驱动器与所述伺服电机相连，所述信号收发器包括：激光光栅信号发射器和采集器，所述激光光栅信号发射器，用于向待测对象发射激光信号；所述采集器，用于采集所述激光信号投射在待测对象上的点云数据；所述信号收发器用于在所述移动轨道内往复运动。

进一步地，所述信号收发器包括：四套，相对称地设置于所述待测对象四周。

进一步地，所述信号收发器用于在所述移动轨道内上下往复运动。

进一步地，所述光栅信号发射器和所述采集器安装在同一位置。

进一步地，所述信号收发器的运动范围与底面的相对高度为0至300cm。

进一步地，所述信号收发器覆盖90至120度的范围。

进一步地，三维扫描装置还包括：扫描装置底座和设置于所述扫描装置底座上的体重、体脂测量模组。

进一步地，三维扫描装置还包括：扫描装置上盖和设置于扫描装置上盖上的超声波身高探测器。

进一步地，三维扫描装置还包括：扫描装置立面包围部和设置于所述扫描装置立面包围部任一侧内的显示屏幕。

进一步地，三维扫描装置还包括：主机控制器，所述主机控制器分别与所述信号收发器、所述伺服电机以及所述电气控制驱动器相连。

在本申请实施例中，采用所述信号收发器设置于所述移动轨道内，所述伺服电机设置在移动轨道上，所述电气控制驱动器与所述伺服电机相连的方式，通过激光光栅信号发射器用于向待测对象发射激光信号和采集器用于采集所述激光信号投射在待测对象上的点云数据，达到了信号收发器用于在所述移动轨道内往复运动后采集待测对象点云数据的目的，从而实现了采集的数据精度高、成本低、数据完整的技术效果，进而解决了三维扫描装置精度较低的技术问题。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的三维扫描装置结构示意图；

图2是根据本申请实施例的三维扫描装置示意图；以及

图3是根据本申请实施例的三维扫描装置中信号收发及伺服电机示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，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的实施例，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。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，三维扫描装置，包括：信号收发器100、移动轨道、伺服电机以及电气控制驱动器，所述信号收发器设置于所述移动轨道内，所述伺服电机设置在移动轨道上，所述电气控制驱动器与所述伺服电机相连，所述信号收发器100包括：激光光栅信号发射器和采集器，所述激光光栅信号发射器，用于向待测对象发射激光信号；所述采集器，用于采集所述激光信号投射在待测对象上的点云数据；所述信号收发器用于在所述移动轨道内往复运动。

本申请中三维扫描装置，通过多套光学数据捕捉组件，采集激光光栅发射器投射出的光学信号，获得人体三维数据，转化成几何拓扑模型的系统装置。应用四套独立的光学发射和采集装置，分别位于被测人体的四周，结合体重体脂测量模组和超声波身高探测器形成一套完整的光学扫描系统装置。光栅信号发射器和光学摄像头等测量模组进行测量过程，并将采集的信息转化为电信号。光栅信号发射器和光学摄像头组成一套信号收发装置，被限定在垂直移动导轨的上下活动范围内，并且在驱动电机和同步带轮的联动下进行上下往复运动，可实现从受测对象的脚移动到头部的位置。四个立柱各配合4套信号收发装置，每套信号收发装置覆盖90～120度的范围，这样通过四套信号装置的配合可实现人体的360度全身的数据采集。本发明专利测量精度高、整机稳定性强、集成性高，并且在采集三维拓扑数据的基础上，能够对人体的其他身体参数(体脂率、骨密度、BMI指数、身高)做记录。适用范围广泛。

优选地，所述信号收发器用于在所述移动轨道内上下往复运动。

具体地，通过光栅信号发射器和光学摄像头组成一套信号收发装置，被限定在移动轨道的上下活动范围内，并且在伺服电机和同步带轮的联动下进行上下往复运动。运动过程中光栅信号发射器和光学摄像头相对位置没有变化，只是参照被测试人体的绝对位置产生移动。需要注意的是，同步带轮的联动可以根据实际需要进行设置和安装，在本申请中不进行限定。

优选地，上述信号收发装置的运动范围与地板的相对高度为0～300cm。可实现从受测对象的脚移动到头部的位置。

优选地，所述信号收发器包括：四套，相对称地设置于所述待测对象四周。为适用不同的工作场景及精度、可以增加或减少：移动轨道的数量。

优选地，同理本申请实施例中的四个立柱各配合4套信号收发装置，每套信号收发装置覆盖90～120度的范围，这样通过四套信号装置的配合可实现人体的360度全身的数据采集。同时因为人体的遮挡，4套信号收发装置的信号处于独立工作状态，对向或邻近的光栅信号发射器1不会对光学摄像头2产生相互影响。

优选地，所述光栅信号发射器和所述采集器安装在同一位置。

优选地，所述信号收发器的运动范围与底面的相对高度为0至300cm。

优选地，所述信号收发器覆盖90至120度的范围。

在一些实施例中，三维扫描装置还包括：扫描装置底座和设置于所述扫描装置底座上的体重、体脂测量模组。

在一些实施例中，三维扫描装置还包括：扫描装置上盖和设置于扫描装置上盖上的超声波身高探测器。

在一些实施例中，三维扫描装置还包括：扫描装置立面包围部和设置于所述扫描装置立面包围部任一侧内的显示屏幕。

在一些实施例中，三维扫描装置还包括：主机控制器，所述主机控制器分别与所述信号收发器、所述伺服电机以及所述电气控制驱动器相连。

为使系统具备更多功能，可加上：体重、体脂测量模组、超声波身高探测器、显示屏幕。

为适用不同的工作场合，可将显示屏幕、主机控制器、电气控制驱动器分立出独立的模组，放置在设备的附近。

本申请实施例的三维扫描装置，可以实现在普通消费店面上使用体验。

首先激光光栅信号发射器、光学摄像头等测量模组进行测量过程，并将采集的信息转化为电信号。电气控制驱动垂直移动轨道里的伺服电机进行垂直运动，完成人体或人体的局部位置扫描。电信号通过主机控制模组进行数据运算、并生成受测对象的人体三维模型和数据报表。

光栅信号发射器和光学摄像头组成一套信号收发装置，被限定在垂直移动导轨的上下活动范围内，并且在驱动电机和同步带轮的联动下进行上下往复运动。运动过程中光栅信号发射器和光学摄像头相对位置没有变化，只是参照被测试人体的绝对位置产生移动。信号收发装置可实现从受测对象的脚移动到头部的位置。通过四套信号装置的配合可实现人体的360度全身的数据采集。

请参考图2-3，本申请实施例中的三维扫描装置是一套完整的光机电设备。能够实现快速简便的人体全身数字扫描，获取人体表面数据点云的三维信息，并且快速的将点云数据进行三维几何建模，完成整个数据采集过程。也可通过三维几何模型与受测者的表面色彩及纹理数据实现彩色的人体三维模型生成。本产品可实现全身测量，也可进行面部、头部、躯干、四肢、足部的单独测量。

本设备主要包含以下组件：光栅信号发射器1，用于发出一定脉冲的不可见激光信号。优选地，本申请实施例中一共包含一共四组信号发射器。

光学摄像头2，用于作为图像采集装置。通过采集光栅信号照射在人体上的三维点位数据，并且采集转化为数字信号。优选地，本申请实施例中一共包含一共四组图像采集装置。

体重和体脂测量模组3，用于通过传感器，采集人体的基本生理参数，包含体脂率、骨密度、BMI指数等数据，转化为数字信号。

超声波身高探测器4，用于通过超声波传感器，采集人体的身高数据，转化为数字信号。

测量模组垂直的移动轨道5，光栅信号发射器和图像采集装置可在垂直移动轨道上做移动。优选地，本申请实施例中一共包含四根轨道，分别位于被测人体的周围。

以及，装置中还包括：用户交互显示屏6，可以是触摸屏。用户可查看信息和进行基本的操作。主机控制模组7，作为整机的控制部分，各种信号在主机控制模组中进行数据处理。电气控制及驱动8，伺服电机9，上盖12，底座11，包围部10。

具体地，本申请实施例中的三维扫描装置在操作时，待测对象站立到体重和体脂测量模组3所指定的站立位置上，并且与移动轨道5保持平行状态。待测对象在用户交互显示屏6上进行简单的操作，并在文字、图像、声音等内容同的引导下做出正确的测量站姿。测量开始后体重和体脂测量模组3、超声波身高探测器4、光栅信号发射器1、光学摄像头2等测量模组进行测量过程，并将采集的信息转化为电信号。电气控制及驱动8驱动移动轨道5里的伺服电机9进行垂直运动，完成人体或人体的局部位置扫描。电信号通过主机控制模组7进行数据运算、并生成受测对象的人体三维模型和数据报表。

具体地，如图3所示，光栅信号发射器1和光学摄像头2组成一套信号收发装置，被限定在移动轨道5的上下活动范围内，并且在伺服电机9和同步带轮的联动下进行上下往复运动。运动过程中光栅信号发射器1和光学摄像头2相对位置没有变化，只是参照被测试人体的绝对位置产生移动。

优选地，上述信号收发装置的运动范围与地板的相对高度为0～300cm。可实现从受测对象的脚移动到头部的位置。

优选地，同理本申请实施例中的四个立柱各配合4套信号收发装置，每套信号收发装置覆盖90～120度的范围，这样通过四套信号装置的配合可实现人体的360度全身的数据采集。同时因为人体的遮挡，4套信号收发装置的信号处于独立工作状态，对向或邻近的光栅信号发射器1不会对光学摄像头2产生相互影响。

在使用时，光栅信号发射器1支架上的若干光栅信号发射器1构成激光面，所有光学摄像头2与激光面组成扫描组件；在竖直方向上直线运动机构运动的过程中激光面依次接触人体的各个部位；相机对环绕人体的激光投影面进行实时拍照并传至后台计算机，就可以最终拼接出人体完整的三维形状。

本申请中的扫描装置，无需受测者佩戴定位标识，在穿着衣物的情况下，即可快速、非接触的进行人体数据建模。光学测量方式的优势是，速度快、精度高，测量过程不易出错、发出的光栅信号肉眼不可见，没有刺激性光源，对人体无害，无需闭眼即可测量。与传统的相机采集图像、贴图建模的方式不同，本扫描装置是通过数据点云的测量方式，直接生成模型，模型的质量更高，精度更加准确。

本申请的装置本产品适合服装制衣行业、娱乐文化、虚拟试衣、身体数据测绘等应用。生成精准的人体三维模型，可在服装定制、试衣、选购衣物尺码等场景。同时，在拟人3D打印玩具、三维人体模型等测绘场景都有很广的应用。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本申请的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本申请不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。