三维扫描系统的制作方法

1.本技术涉及三维扫描技术领域，特别是涉及一种三维扫描系统。


背景技术：

2.近年来，三维扫描技术普遍应用在各行各业中。现有的光学三维扫描系统的原理一般是采用激光投影器和图像采集器的组合，根据三角测量法获得物体表面三维数据，被广泛应用在机械、汽车、航空、雕塑、医疗等行业。
3.然而现有的光学三维扫描系统由于受技术限制，往往只能用于三维扫描检测中的特定物体，无法同时扫描尺寸差异较大的物体。在扫描不同尺寸的物体时，需要根据物体的尺寸选择不同的三维扫描系统。例如，扫描大型物体时，需要单次扫描区域大，并且精度满足要求的三维扫描仪；相反，扫描精密物体时，需要单次扫描区域集中，并且精度满足精密物体要求的三维扫描仪。为实现扫描多种尺寸的物体需要购买多台设备，成本高，而且在测量过程中需要更换设备从而导致测试效率较低。
4.目前针对相关技术中扫描不同尺寸的物体时，需要使用不同的激光三维扫描仪，导致扫描成本高、扫描效率低的问题，尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种三维扫描系统，以至少解决相关技术中扫描不同尺寸的物体时，需要使用不同的激光三维扫描仪，导致扫描成本高、扫描效率低的问题。
6.第一方面，本技术实施例提供了一种三维扫描系统，包括激光投射模块、图像采集模块以及控制模块，其特征在于，
7.所述激光投射模块可用于发射至少一种波段的光源，其中，所述至少一种波段的光源包括蓝光波段光源；
8.所述图像采集模块包括至少一个传感器，至少一个所述传感器用于采集被测物体表面图像；
9.所述控制模块分别与所述激光投射模块和所述图像采集模块连接，用于控制所述激光投射模块和所述图像采集模块配合工作。
10.在其中一些实施例中，所述激光投射模块发射两种以上波段的光源，所述两种以上波段的光源完全相同、部分相同、或完全不同。
11.在其中一些实施例中，所述激光投射模块包括至少两个激光器，至少两个所述激光器发射的光源完全相同或部分相同或完全不同。
12.在其中一些实施例中，所述激光投射模块包括至少两个激光器，至少两个所述激光器的工作景深完全相同或部分相同或完全不同。
13.在其中一些实施例中，所述图像采集模块还包括至少一个补光灯，其中，所述至少一个补光灯包括蓝光波段补光灯；所述补光灯用于在所述传感器采集所述被测物体表面图像时，对所述被测物体表面的标记点进行补光。
14.在其中一些实施例中，一个所述传感器上设置有至少两个所述补光灯，所述至少两个所述补光灯环绕在所述传感器的外侧，形成至少两圈补光灯带。
15.在其中一些实施例中，一个所述传感器上设置有三种补光灯，所述三种补光灯包括红光波段补光灯、蓝光波段补光灯以及红外波段补光灯。
16.在其中一些实施例中，所述控制模块还用于根据所述激光投射模块发射的光源类型来控制对应的所述补光灯进行补光。
17.在其中一些实施例中，所述传感器内部设置有滤光片，所述滤光片为单带通滤光片或多带通滤光片。
18.在其中一些实施例中，所述激光投射模块包括第一激光器、第二激光器、第三激光器以及第四激光器，其中，
19.所述第一激光器和所述第二激光器，在标准距离工作景深模式下工作，用于发出交叉蓝光；
20.所述第三激光器，在近距离工作景深模式下工作，用于发出平行蓝光；
21.所述第四激光器，在远距离工作景深模式下工作，用于发出平行红外光。
22.相比于相关技术，本技术实施例提供的三维扫描系统，通过提供一种三维扫描系统，该系统包括激光投射模块、图像采集模块、以及控制模块，激光投射模块可用于发射至少一种波段的光源，其中，至少一种波段的光源包括蓝光波段光源。由于激光投射模块可发射至少一种波段的光源，具有多个不同的工作景深模式，在扫描不同尺寸的被检测物体时，可以调节激光投射模块在相应的工作景深模式工作，而不需要使用其它扫描仪，从而提高了扫描速度；同时，由于至少一种波段的光源包括蓝光波段光源，可至少满足精细化扫描的条件，显然也可以达到扫描大型物体的精度要求，因此可至少在满足精细化扫描的效果下完成所有的扫描工作。解决了相关技术中扫描不同尺寸的物体时，需要使用不同的激光三维扫描仪，导致扫描成本高、扫描效率低的问题，实现了一机多用，兼顾了快速扫描与高精度的优点。
23.本技术的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本技术的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
24.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
25.图1是本技术第一实施例提供的三维扫描系统的系统结构框图；
26.图2是本技术第二实施例提供的三维扫描系统的系统结构框图；
27.图3是本技术第三实施例提供的三维扫描系统的系统结构框图；
28.图4是本技术第四实施例提供的三维扫描系统的系统结构框图；
29.图5是本技术第五实施例提供的三维扫描系统的系统结构框图；
30.图6是本技术第六实施例提供的三维扫描系统的系统结构框图。
具体实施方式
31.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本
实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
32.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
33.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
34.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
35.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
36.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
37.现有技术中的三维扫描系统，在扫描不同尺寸的物体时，由于该三维扫描系统扫描范围比较局限，无法满足清晰扫描不同尺寸物体的目的。因此，在现有技术中，为了达到清晰扫描不同尺寸物体的目的，会根据物体的尺寸选择不同的三维扫描系统，为实现扫描多种尺寸的物体需要购买多台设备，成本高，而且在扫描过程中需要更换设备从而会导致扫描效率较低。
38.基于此，参阅图1，图1示出了本技术第一实施例提供的三维扫描系统的系统结构框图，本技术一实施例提供了一种三维扫描系统，包括：激光投射模块1、图像采集模块2、以及控制模块3。
39.激光投射模块1可用于发射至少一种波段的光源，其中，至少一种波段的光源包括蓝光波段光源。激光投射模块1具有多个不同的工作景深模式，激光投射模块1用于在不同
的工作景深模式下激活特定波段的光源，该特定波段的光源用于发射特定激光图案至被测物体表面。例如，在对不同大小的被测物体进行扫描时，激光投射模块1可工作在不同的工作景深模式。激光投射模块1 在不同的工作景深模式下激活特定波段的光源，该特定波段的光源用于发射特定激光图案至被测物体表面。工作景深为在上述激光投射模块1设置好后，与被测物体间相对距离不做任何调节的情况下，可接受的能清晰成像的物方空间范围。通俗来讲，能获得清晰图像的物方空间深度范围即为景深。特定激光图案可以为平行线图案，也可以为其他图案，本技术实施例对此并不限制。
40.图像采集模块2包括至少一个传感器，至少一个传感器用于采集被测物体表面图像。当激光投射模块1将特定激光图案发射至被测物体表面时，上述图像采集模块2中的传感器将捕捉物体表面激光轮廓图像即被测物体表面的图像。上述平行线图案均会包含在该传感器采集的待测物体表面的图像中。图像采集模块2与激光投射模块1对应设置，其可以通过传感器实现。例如，可以采用多个传感器从多个角度去拍摄被测物体表面的图像。
41.控制模块3分别与激光投射模块1和图像采集模块2连接，用于控制激光投射模块1和图像采集模块2配合工作。控制模块3分别与激光投射模块1和图像采集模块2连接。控制模块3用于根据用户指令，控制激光投射模块1在多个工作景深模式下工作，并控制图像采集模块2同步采集图像。
42.本技术一实施例提供的三维扫描系统，由于激光投射模块可发射至少一种波段的光源，具有多个不同的工作景深模式，在扫描不同尺寸的被检测物体时，可以调节激光投射模块在相应的工作景深模式工作，而不需要使用其它扫描仪，从而提高了扫描速度；同时，由于至少一种波段的光源包括蓝光波段光源，可至少满足精细化扫描的条件，显然也可以达到扫描大型物体的精度要求，因此可至少在满足精细化扫描的效果下完成所有的扫描工作。解决了相关技术中扫描不同尺寸的物体时，需要使用不同的激光三维扫描仪，导致扫描成本高、扫描效率低的问题，实现了一机多用，同一物体的不同区域可切换不同的工作景深，获取不同的精度，该精细扫描的地方近距离扫描，普通区域远距离扫描，兼顾快速扫描与高精度的优点。
43.在其中一些实施例中，上述激光投射模块1发射两种以上波段的光源，该两种以上波段的光源部分相同或完全不同。优选的，激光投射模块1发射三种波段的光源，该三种波段的光源完全不同，分别为蓝光波段光源、红光波段光源以及红外波段光源。不管两种以上波段的光源部分相同还是完全不同，蓝光波段的光源是一定存在的。
44.在其中一些实施例中，上述激光投射模块1包括至少两个激光器，至少两个激光器发射的光源部分相同或完全不同。优选的，激光投射模块1包括三个激光器，三个激光器发射的光源完全不同，分别为蓝光波段光源、红光波段光源以及红外波段光源。不管至少两个激光器发射的光源部分相同还是完全不同，蓝光波段的光源是一定存在的。设置至少两个激光器的目的是为了让不同的激光器工作在不同的工作景深模式下，通过控制模块3控制切换选择不同的激光器进行工作，从而对不同尺寸的物体进行扫描。每个激光器出射激光颜色可以不同，可以包括蓝色激光或者红外激光，可以实现激光投射模块1在不同的工作景深模式下可对投影的光线进行选择。
45.在其中一些实施例中，上述激光投射模块1包括至少两个激光器，至少两个激光器的工作景深部分相同或完全不同。优选的，激光投射模块1包括三个激光器，三个激光器的
工作景深完全不同，分别为标准距离工作景深、近距离工作景深以及远距离工作景深。工作景深的差异决定了扫描精度的差异。上述控制模块3向激光投射模块1发送第一控制信号，控制激光投射模块1调节工作景深；控制模块3向激光投射模块1发送第二控制信号，控制激光投射模块1 将特定的光学图形投影到待测物体表面；控制模块3同步向图像采集模块2发送第三控制信号，控制图像采集模块2采集所述待测物体表面的图像；最后根据所述待测物体表面的图像，得到所述待测物体的三维扫描信息。
46.当控制模块3发出切换到近距离扫描模式的指令后，激光投射模块1工作在近距离工作景深模式，投射一种激光图像到待测物体表面，在这种方式扫描下，视野范围相对较小，可用于精细扫描，以可获得更高细节度。
47.同理，当控制模块3发出切换到远距离扫描的指令后，激光投射模块1工作在远距离工作景深模式，投射另一种激光图像到待测物体表面，在这种方式扫描下，视野范围相对大，大范围扫描，适合快速扫描获取数据，细节度比近距离差一些，但仍满足普通扫描需求。
48.在其中一些实施例中，图像采集模块2包括至少一个传感器21和至少一个补光灯22。至少一个补光灯22包括蓝光波段补光灯。补光灯22用于在传感器 21采集被测物体表面图像时，对被测物体表面的标记点进行补光。需要說明的是，无论三维扫描系统所处的工作环境的光线是强是弱，均需要对被测物体表面的标记点进行补光，三维扫描系统所处的工作环境的光线强弱会影响补光时间。本技术对传感器21和补光灯22的数量不做限制。基于此，参阅图2，图2 示出了本技术第二实施例提供的三维扫描系统的系统结构框图。本技术第二实施例提供的三维扫描系统，图像采集模块2包括一个传感器21和一个补光灯22，该补光灯22为蓝光波段补光灯。
49.在其中一些实施例中，每个传感器21上设置有至少两个补光灯22，至少两个补光灯22环绕在传感器21的外侧，形成至少两圈补光灯带。补光灯22被设置在传感器21的周围，以便在较暗的环境中，传感器21可以对待测物体表面的图像进行正常采集。当激光投射模块1发出不同颜色的激光时，传感器21需要采集的被测物体表面图像的颜色也不相同，需要对各种颜色的被测物体表面的标记点进行补光，传感器21上设置多个环绕在其外侧的补光灯22，有利于补光灯22通过启停来适应激光投射模块1发出的不同颜色的激光，对不同颜色的被测物体表面图像进行对应的补光。补光灯22除了环绕在传感器21的外侧之外，还可以有其他设置方式，只要能够达到对待测物体表面的标记点进行补光即可，本技术实施例不对其进行限制。本技术对传感器21和补光灯22的数量不做限制。基于此，图3示出了本技术第三实施例提供的三维扫描系统的系统结构框图。参阅图3所示，在本技术第三实施例提供的三维扫描系统，图像采集模块2包括一个传感器21和两个补光灯22，其中一个补光灯22为蓝光波段补光灯，另一个补光灯22可以为红光波段补光灯或红外波段补光灯。
50.在其中一些实施例中，参阅图4所示，图4示出了本技术第四实施例提供的三维扫描系统的系统结构框图，每个传感器21上设置有三种补光灯22，三种补光灯22分别为蓝光波段补光灯、红光波段补光灯以及红外波段补光灯。
51.在其中一些实施例中，控制模块3还用于根据激光投射模块发射的光源类型来控制对应的补光灯22进行补光。
52.在其中一些实施例中，传感器21内部设置有滤光片，滤光片为单带通滤光片或多带通滤光片。滤光片的带通波段与激光器发射的特定激光图案的波段一致。滤光片可以滤
去杂光，可以保证激光器的波段与滤光片保持一致。例如，某滤光片是单带通滤光片，可以在激光器发出的激光是蓝色光时，滤光片能够滤去蓝光以外的光源。若激光器投射的波段不一致，则需要使用多带通滤光片，例如，同时存在红外激光器和蓝光激光器，则需要选择多带通滤光片，若仅选择红光单带通滤光片则蓝光激光器无法工作(传感器21无法采集到蓝色激光线)。
53.在其中一些实施例中，参阅图5所示，图5示出了本技术第五实施例提供的三维扫描系统的系统结构框图。该三维扫描系统在上述实施例提供的三维扫描系统的基础上还包括计算处理模块4，计算处理模块4连接图像采集模块2，计算处理模块4用于从图像采集模块2采集到的图像中提取二维特征点、二维激光线特征，并根据二维特征点、二维激光线特征进行三维重建，得到被检测物体表面的三维数据。
54.上述计算处理模块4可以根据在不同工作景深模式下得到的二维特征点，通过立体视觉原理对待测物体进行三维建模，得到单帧三维测量数据。由于本技术实施例中的激光投射模块1具有多种工作景深模式，因此可以得到不同空间分辨率、不同测量区域尺寸的单帧三维测量数据，从而实现针对不同尺寸的物体进行快速扫描和高精度扫描的目的。
55.进一步地，计算处理模块4还用于对被测物体进行空间定位，对被测物体表面图像进行拼接。计算处理模块4对图像采集模块2采集的待测物体表面的图像进行二维特征点提取，得到二维特征点集，然后利用立体视觉原理将二维特征点集转化为三维特征点集，利用不同时刻不同坐标系下对应的三维特征点集进行数据配准，即获取不同时刻三维点云数据间的位姿关系，进而获取三维扫描仪相对于待测物体的距离，以及将不同时刻获取的三维数据分片拼接到同一坐标系下。
56.在其中一些实施例中，设置激光投射模块1包括至少一个出射蓝色激光的激光器11和一个出射红外激光的激光器11，设置至少两个传感器21，一个传感器21上至少设置有一圈蓝光补光灯带和一圈红外补光灯带。控制模块3还用于根据激光器11发射的激光颜色的不同来控制对应颜色的补光灯22进行补光。设置至少两个传感器21的目的是为了利用不同位置的两台以上传感器21取得同一场景的多幅视差图像，然后通过某种方法确定待检测物体上一点在对应多幅图片中的位置，从而得到该点的三维坐标信息，从而得到整个物体的三维点云模型。
57.当控制激光器11处于第一种工作景深模式时，具有第一种工作景深的投影器进行工作，该激光器11的投射光源投射蓝光波段的光线；当控制激光器11 处于第二种工作景深模式时，具有第二种工作景深的激光器11进行工作，该激光器11的投射光源投射蓝光波段的光线；当控制激光器11处于第三种工作景深模式时，具有第三种工作景深的激光器11进行工作，该激光器11的投射光源投射红外波段的光线。通过控制可将激光器11从其中一种工作景深工作模式切换至另一种工作景深模式，即可选择任一工作景深模式进行工作。
58.在其中一些实施例中，如图6所示，图6示出了本技术第六实施例提供的三维扫描系统的系统结构框图，该三维扫描系统除了包括控制模块3和计算处理模块4之外，还包括远距离工作景深激光器111和近距离工作景深激光器112，两个激光器在不同的工作景深模式上工作。设置两个激光器的目的是为了让不同的激光器工作在不同的工作景深模式下，通过控制模块3控制切换选择不同的激光器进行工作，从而对不同尺寸的物体进行扫描。每个激光器出射激光颜色不同，可以包括蓝色激光或者红外激光，可以实现激光投射模块在
不同的工作景深模式下可对投影的光线进行选择。上述三维扫描系统还包括第一传感器 211和第二传感器212，设置至少两个传感器的目的是为了利用不同位置的两台以上传感器取得同一场景的多幅视差图像，然后通过某种方法确定待检测物体上一点在对应多幅图片中的位置，从而得到该点的三维坐标信息，从而得到整个物体的三维点云模型。
59.在其中一些实施例中，激光投射模块1包括第一激光器、第二激光器、第三激光器以及第四激光器。第一激光器和第二激光器，在标准距离工作景深模式下工作，用于发出交叉蓝光，所述标准距离工作景深大小为288mm，用于在扫描场景为标准距离时使用；第三激光器，在近距离工作景深模式下工作，用于发出平行蓝光，所述近距离工作景深大小为175mm，用于在近距离精细扫描时使用；第四激光器，在远距离工作景深模式下工作，用于发出平行红外光，所述远距离工作景深大小为510mm，用于在远距离扫描时使用。
60.上述四个激光器在不同的工作景深模式下工作，在扫描不同尺寸的被检测物体时，切换不同的激光器进行工作。例如，当需要扫描中型工件时，控制模块3切换第一激光器和第二激光器工作，当需要扫描精密工件时，控制模块3 切换第三激光器工作，当需要扫描大型工件时，控制模块3切换第四激光器工作，只需要一个三维扫描系统启停自身不同的激光器工作即可实现扫描不同尺寸的被检测物体，解决了相关技术中扫描不同尺寸的物体时，需要使用不同的激光三维扫描仪，导致扫描成本高、扫描效率低的问题，实现了一机多用。
61.本领域的技术人员应该明白，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
62.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。