一种基于fpga的三维扫描控制装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及三维扫描领域，特别是涉及一种基于FPGA的三维扫描控制装置和方法。
【背景技术】
[0002]三维扫描技术是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术，主要用于对物体空间外形和结构及色彩进行扫描，以获得物体表面的空间坐标，能够将实物的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供了相当方便快捷的手段。通常是通过计算机软触发结构光发生器，向数字化对象(物体)投射投影图片，同步触发拍摄单元采集投影图像。计算机获取到投影图像后，解析相位信息，并基于投影图像携带的相位信息转化为三维深度数据，完成三维数据的获取。
[0003]在这一过程中，结构光发生器投射投影图片时，每次投射的投影图片都需要触发拍摄单元进行采集，此时投射与采集的同步性直接关系到三维数据的准确性以及获取的投影图像的完整性；采集到的数据未经过处理直接回传给计算机进行处理时，存在丢包的现象而造成数据缺失；同时由于受到计算机千兆网口、HDMI等数据接口的限制，导致系统的扩展性受限，无法满足多系统数据采集。
【发明内容】
[0004]本发明主要解决的技术问题是提供一种基于FPGA的三维扫描控制装置和方法，能够提高三维数据处理的准确性，避免丢包现象，且优化硬件结构、节省成本及装置的占用空间。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是:提供一种基于FPGA的三维扫描控制装置，用于控制三维扫描仪进行扫描，包括:第一投影控制模块，用于控制一结构光发生单元向物体投影；第一图像采集控制模块，用于在第一投影控制模块进行投影的同时，控制一拍摄单元获取物体的投影图像；第二投影控制模块，用于控制另一结构光发生单元向该物体再次投影；第二图像采集控制模块，用于在第二投影控制模块进行投影的同时，控制相应的拍摄单元再次获取物体的投影图像；以及数据处理模块，用于对所采集到的投影图像进行数据处理。
[0006]其中，第一投影控制模块和第二投影控制模块通过第一接口连接结构光发生单元；通过第一信号触发第一图像采集控制模块和第二图像采集控制模块控制相应拍摄单元采集投影，第一图像采集控制模块和第二图像采集控制模块通过第二接口连接拍摄单元，以采集投影图像。
[0007]其中，结构光发生单元向物体投影时，投射一幅或两幅以上的相同或不同的投影图片；当投射两幅以上投影图片时，结构光发生单元以第一周期为间隔向物体依次投射所有投射图片，且第二投影控制模块连接的结构光发生单元在第一投影控制模块完成投影后，以第一周期为间隔向物体依次投射所有投射图片。
[0008]其中，基于FPGA的三维扫描控制装置通过第二接口连接一计算机，以对投影图像数据进行处理得到物体的三维扫描图像。
[0009]其中，进一步包括驱动模块和优化模块，驱动模块通过第三接口连接所述结构光发生单元和所述拍摄单元，优化模块通过第三接口连接拍摄单元；驱动模块用于驱动结构光发生单元和拍摄单元，以物体为轴、以第二周期为时间间隔转动一角度，直至旋转一周；优化模块用于为拍摄单元采集投影图像时提供柔光环境。
[0010]为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是:提供一种基于FPGA的三维扫描控制方法，该方法的步骤包括:控制一结构光发生器向物体投影的同时，控制一拍摄单元获取物体的投影图像；控制另一结构光发生器向物体再次投影的同时，控制另一拍摄单元获取物体的投影图像；对投影图像数据进行处理。
[0011]其中，在控制结构光发生器向物体投影的步骤中，结构光发生器向物体投射一幅或两幅以上的相同或不同的投影图片，且投射两幅以上投射图片时，结构光发生器以第一周期为间隔向物体依次投射所有投射图片，另一结构光发生器在前一结构光发生器完成投影后以第一周期为间隔向物体依次投射所有投射图片。
[0012]其中，在对投影图像数据进行处理的步骤之后，进一步包括:将处理后的投影图像数据传输到一计算机，计算机对投影图像数据处理得到三维扫描图像。
[0013]其中，在对投影图像数据进行处理的步骤中，拍摄单元将投影图像数据传输到第一存储器，由第一存储器传输到数据处理模块进行处理，然后将处理后的数据传输到第二存储器，由第二存储器传输到计算机。
[0014]其中，在控制拍摄单元获取物体的投影图像的步骤之后，进一步包括:控制一驱动装置以带动结构光发生器和拍摄单元以物体为轴、以第二周期为时间间隔转动一角度，且持续驱动结构光发生器和拍摄单元继续投射和采集，直至旋转一周，同时为采集投影图像提供柔光环境。
[0015]区别于现有技术，本发明的基于FPGA的三维扫描控制装置通过基于FPGA的控制系统控制结构光发生单元向物体投射投影图片，同时控制一拍摄装置获取该投影图像，确保投影和采集的同步性；同时采集到的投影图像数据经过数据处理后传输到计算机，保证三维数据的完整性；而且本发明的三维扫描控制装置通过FPGA控制系统控制，具备良好的系统扩展性，能满足多系统的三维数据采集，节省成本和设备占用空间。
【附图说明】
[0016]图1是本发明提供的一种基于FPGA的三维扫描控制装置第一实施方式的结构示意图；
[0017]图2是本发明提供的一种基于FPGA的三维扫描控制装置第二实施方式的结构示意图；
[0018]图3是本发明提供的一种基于FPGA的三维扫描控制方法第一实施方式的流程示意图；
[0019]图4是本发明提供的一种基于FPGA的三维扫描控制方法第一实施方式的电路控制流程不意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合【具体实施方式】对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
[0021]三维扫描技术主要用于对物体外形、结构及色彩等元素进行扫描，以获得物体表面的空间坐标，其重要意义在于能够将实物的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供了相当方便快捷的手段。三维扫描仪是应用三维扫描技术的一种科学仪器，用来侦测并分析现实世界中物体或环境的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。
[0022]参阅图1，图1是本发明提供的一种基于FPGA的三维扫描控制装置第一实施方式的结构示意图。基于FPGA的三维扫描控制装置100包括第一投影控制模块110、第一图像采集控制模块120、第二投影控制模块130、第二图像采集控制模块140和数据处理模块150。其中，第一投影控制模块110连接第一图像采集控制模块120，第二投影控制模块130连接第二图像采集控制模块140，第一投影控制模块110、第一图像采集控制模块120、第二投影控制模块130和第二图像采集控制模块140均连接到数据处理模块150。本实施方式中，各模块均通过FPGA控制，FPGA以并行运算为主，以硬件描述语言来实现，可确保同步性及数据传输的完整性。
[0023]第一投影控制模块110连接一结构光发生单元111，第一图像采集控制模块120连接一拍摄单元121。在本实施方式中，结构光发生单元111为一可投射投影图片于物体表面的投影设备，且该投影设备是在第一投影控制模块110的控制下向一物体101表面投射投影图片，物体101是本发明中待获取三维数据的物体；拍摄单元121是一拍摄设备，且该拍摄设备在前述的投影设备投射投影图片的同时，在第一图像采集控制模块120控制下采集投射于物体表面的投影图像，采集到的投影图像中，包括投影图片和被投影图片覆盖的物体 101。
[0024]第二投影控制模块130连接一结构光发生单元131，第二图像采集控制模块140连接一拍摄单元141。其中，结构光发生单元131是和结构光发生单元111功能相同、型号相同或不同的投影设备，其投射的投影图片与第一投影控制模块110控制投射的投影图片相同或不同。拍摄单元141是和拍摄单元111功能相同、型号相同或不同的拍摄设备。