三维扫描移动终端、三维成像移动终端和三维成像系统的制作方法

本实用新型涉及三维扫描技术领域，尤其是一种基于光度立体视觉的三维扫描移动终端，一种基于光度立体视觉的三维成像移动终端，以及一种基于立体光度视觉的三维成像系统。

背景技术：

随着如手机、平板电脑、笔记本、可穿戴设备等智能移动终端的普及，基于智能移动终端的应用也越来越多。然而大部分具有照相功能的智能移动终端，只能拍摄二维图像，而不具备三维扫描、三维成像等功能，无法在拍照的同事记录对象的立体信息，以用于更丰富、有趣、便捷的应用中。

为获取三维效果，也有人提出利用软件技术对二维图像进行处理，以在二维图像上生成三维效果。但这种处理方法获得的三维效果不佳。还有依赖硬件设备的三维成像技术，如结构光技术、飞行时间tof技术、双目视觉技术、光度立体视觉技术等，其中，结构光技术、tof技术的硬件成本高、模组体积大，并不适用于智能移动终端，而双目视觉技术对环境的要求较高，特别是在阴暗环境下，其成像效果不佳。而对于采用光度立体视觉技术的智能移动终端，例如cn102831637b公开了一种基于移动设备的三维重建方法，其采用光度立体技术，利用高亮度屏幕作为光源来进行三维扫描、重建，该方法中屏幕亮度对三维成像的质量有极大的影响，并且以屏幕为光源，还存在功耗较大、屏幕故障率高等缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的实用新型目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于光度立体视觉的三维扫描移动终端，在移动终端的壳体上分布设置多个与图像采集模块共面的点光源，使移动终端具备三维扫描功能。本实用新型还提供了一种基于光度立体视觉的三维成像移动终端，以及一种基于立体光度视觉的三维成像系统。

本实用新型采用的技术方案如下：

方案一

一种三维扫描移动终端，包括壳体及被设置在所述壳体的图像采集模块、显示模块、主板模块、光源驱动器和多个点光源；多个所述点光源与所述图像采集模块共面分布设置在所述壳体上；所述点光源的开关控制端通过光源驱动器与所述主板模块的第一端口连接，所述图像采集模块的采集控制端与所述主板模块的第二端口连接，所述显示模块的显示控制端与所述主板模块的第三端口连接。

进一步的，本实用新型至少为以下三种实施方式中的一种：

其一，多个所述点光源均与所述图像采集模块和所述显示模块共面设置在所述壳体上；

其二，多个所述点光源均与所述图像采集模块共面设置在所述壳体的背面，所述显示模块设置在所述壳体的正面；

其三，所述图像采集模块包括前置摄像头和后置摄像头；多个所述点光源中的部分与所述前置摄像头和所述显示模块共面设置在所述壳体的正面，多个所述点光源中的另一部分与所述后置摄像头共面设置在所述壳体的背面。

进一步的，本实用新型中，所述点光源可包括可见光led灯，相应的，所述图像采集模块包括能采集被所述可见光led灯照射的待扫描对象的彩色图像的摄像头。

进一步的，本实用新型中，所述点光源可包括红外线led灯，相应的，所述图像采集模块包括能采集被所述红外线led灯照射的待扫描对象的红外图像的摄像头。

方案二

一种基于光度立体视觉的三维成像移动终端，包括如方案一中任意一种实施方式所述的三维扫描移动终端，并且该三维扫描移动终端还包括用于对所述图像采集模块采集的图像进行三维重建处理的光度立体处理模块，所述光度立体处理模块与所述主板模块的第四端口连接。

方案三

一种基于光度立体视觉的三维成像系统，包括云服务器和如方案一中任意一种实施方式所述的三维扫描移动终端，所述三维扫描移动终端还包括通信模块，所述通信模块的一端与主板模块连接，其另一端通过无线网络与设置在云服务器中用于对所述图像采集模块采集的图像进行三维重建处理的光度立体处理模块连接。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提出的三维扫描移动终端，在移动终端的壳体上分布设置多个与图像采集模块共面的点光源，在进行三维扫描时，主板模块通过光源驱动器控制多个点光源的工作状态，以使点光源从不同的方向照射待扫描对象，并控制图像采集模块采集包含立体信息（明暗效果）的二维图像，完成三维扫描。本实用新型结构简单，成本低廉，实用性强。

通过下文结合附图对本实用新型再进行详细描述，本实用新型的前述的和其他的目的、特征及优点将变得更加明显。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本实用新型中三维扫描移动终端的电路框图示意图；

图2为本实用新型中三维成像移动终端的电路框图示意图；

图3为本实用新型中三维成像系统的系统框图示意图；

图4为本实用新型的结构示意图之一；

图5为本实用新型的结构示意图之二；

图6为本实用新型的结构示意图之三；

图7为本实用新型的结构示意图之四；

图8为本实用新型的结构示意图之五；

图中：1-壳体，101-第一区域，102-第二区域，2-图像采集模块，3-点光源，4-显示模块，5-主板模块，6-光度立体处理模块，7-通信模块，8-云服务器，9-听筒，10-主页键，11-光源驱动器。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

（1）三维扫描移动终端

如图1所示，图1描述了本实用新型公开的一种三维扫描移动终端，包括壳体1及被设置在所述壳体1上的图像采集模块2、显示模块4、主板模块5、光源驱动器和多个点光源3。其中，多个所述点光源3与所述图像采集模块2共面分布设置在所述壳体1上，需说明的是，本实用新型中所述的共面是指位于壳体上相同的视角面，如共同位于壳体的正面、侧面或背面，不应局限地理解为同一水平面、同一垂直面，而共面的点光源、图像采集模块、显示模块等部件是否处于同一水平面/同一垂直面可根据实际情况设定。

多个所述点光源3的开关控制端分别与光源驱动器11的输出端连接，光源驱动器11的输入端与所述主板模块5的第一端口连接，通过光源驱动器11来控制多个点光源的工作状态如点亮、熄灭、光照强度以及周期变化等。所述图像采集模块2的采集控制端与所述主板模块5的第二端口连接，所述显示模块4的显示控制端与所述主板模块5的第三端口连接。

在进行三维扫描时，将移动终端的图像采集模块的采集窗口面向待扫描对象，且使待扫面对象相对移动终端之间保持基本不动。主板模块5通过第一端口输出点光源控制指令，光源驱动器11对光源控制指令进行解码，并控制分布设置的多个点光源3根据点光源控制指令从不同的方向照射待扫描对象，使待扫描对象产生不同的明暗效果。

同时，主板模块5还通过第二端口输出图像采集指令，控制图像采集模块2采集被多个点光源3照射的待扫描对象的图像，完成三维扫描。

本实用新型可以是一种能支持三维扫描及显示的移动终端，如支持三维扫描的智能手机、平板电脑、可穿戴设备等。基于本实用新型的硬件结构，能够通过多个点光源从不同角度照射目标，使得图像采集模块采集包含明暗信息的图像，以实现光度立体三维成像。该实施方式中，本实用新型为前端的三维扫描装置，能够实现采集包含明暗效果的图像并可支持对采集图像、三维图像的显示。

（2）三维成像移动终端

如图2所示，本实用新型还公开了一种基于光度立体视觉的三维成像移动终端，在方案一所述的三维扫描移动终端中增设用于对所述图像采集模块2采集的图像进行三维重建处理的光度立体处理模块6，所述光度立体处理模块6与所述主板模块5的第四端口连接。在该实施方式中，本实用新型成为一种具有三维扫描和三维重建处理的移动终端，通过光度立体处理模块对图像采集模块采集的一帧/多帧图像进行三维重建处理，最后再通过显示模块4显示三维图像。

进一步的，光度立体处理模块6可以是独立设置在主板模块上的微处理器，以提高三维处理的速度，不受主板模块的处理器等器件参数的约束。

（3）三维成像系统

如图3所示，本实用新型还公开了一种基于光度立体视觉的三维成像系统，该系统包括云服务器和方案一中所述的三维扫描移动终端，所述三维扫描移动终端还包括通信模块7，所述通信模块7的一端与主板模块5连接，其另一端通过无线网络与设置在云服务器8中用于对所述图像采集模块2采集的图像进行三维重建处理的光度立体处理模块6连接。该实施方式中，光度立体处理模块集成在云端服务器8中，主板模块5通过通信模块7与光度立体处理模块8进行数据交互。该系统中的三维扫描移动终端为一个前端装置，能够实现采集包含明暗效果的图像并可支持对采集图像、三维图像的显示，而基于采集图像的三维重建处理则由云端服务器中的光度立体处理模块实现，并通过通信模块将处理好的三维图像返回到该三维扫描移动终端中进行显示。

进一步的，在上述方案一至三中，可将多个所述点光源3与所述图像采集模块2共面设置，以使点光源3的照射方向与图像采集模块的采集窗口方向保持一致或基本一致，从而使得图像采集模块能够采集到被所述点光源3照射的待扫描对象的图像。

进一步的，可将多个所述点光源3与所述图像采集模块2按一定间隔距离分布设置，以使多个点光源3并不集中设置在所述壳体1上，多个点光源3也并不集中设置在图像采集模块2周围，从而避免不同的点光源照射待扫描对象时，图像采集模块采集的图像中，待扫描对象的明暗信息相差太小而导致无法完成后续的三维成像操作。

为使图像采集模块采集的图像能够支持后续的三维成像操作，本实用新型采用分布设置方案，将多个所述点光源3与所述图像采集模块2分布设置在壳体上。然而，各个点光源之间的分布间隔距离、点光源在壳体上的具体位置等设计参数，其具体设计的实施方式多变多样，本实用新型不做特别的限定，本领域技术人员可根据实际需求和美观等因素自由设置。但需注意的是，各个点光源之间的距离和多个点光源的分布区域面积，能直接影响图像采集模块采集的图像的有效性和移动终端的有效三维扫描距离及范围。点光源的分布区域、各个点光源间的间隔距离较大的移动终端，相对于，点光源的分布区域、各个点光源间的间隔距离较小的移动终端，其有效三维扫描距离长，可将更远的目标作为待扫描对象，且三维扫描范围更宽，能扫描更大的目标。

对于点光源3的数量，本实用新型并不做特别的限定，本领域技术人员可根据实际需求和美观等因素自行选择，一般需要至少两个点光源，优选布置2-10个点光源。

进一步的，本实用新型中，所述点光源3可包括可见光led灯，相应的，所述图像采集模块2包括能采集被所述可见光led灯照射的待扫描对象的彩色图像的摄像头。

另外，所述点光源3也可包括红外线led灯，相应的，所述图像采集模块2包括能采集被所述红外线led灯照射的待扫描对象的红外图像的摄像头。

本实用新型中，多个点光源可以均采用可见光led灯，也可以均采用红外线led灯，还可以部分采用可见光led灯、另一部分采用红外线led灯。其中，可见光led灯可以为白光发光二极管，也可以为rgb发光二极管。特别的多个点光源中的部分还可以是闪光灯和/或柔光灯。

实施例1

在上述方案一至三中，可将多个所述点光源3均与所述图像采集模块2和所述显示模块4共面设置在所述壳体1上，如共面设置在壳体1的正面，通过移动终端的正面即可执行三维扫描。在该实施例2中，本实用新型特别适用于对人脸等目标进行三维扫描，用户可在进行三维扫描的同时，还能通过显示模块查看采集图像、三维图像等，甚至通过app进行人机交互，具有较强的实用性，用户体验好。

进一步的，如图4所示，实施例1的一种实施方式，多个所述点光源3与所述图像采集模块2分布设置在所述显示模块4的同一侧。例如，多个点光源间隔分布在前置摄像头、听筒9附近，位于显示屏的上方。基于该实施方式，在进行三维人脸扫描和人机交互的时候，用户还可方便的用手在显示屏上进行操作，能够避免用户在执行操作时因手遮挡点光源而影响三维扫描的情况。

进一步的，如图5所示，实施例1的另一种实施方式，多个所述点光源3分布设置在所述显示模块4的两侧，且多个所述点光源3中的部分与所述图像采集模块2分布设置在所述显示模块4同一侧。例如，一部分点光源间隔分布在前置摄像头、听筒9附近，位于显示屏的上方，另一部分点光源间隔分布在返回键、主页键10、菜单键附近，位于显示屏的下方。基于该实施方式，分布设置在移动设备正面的多个点光源之间，具有较大的间距，使得该实施方式下的移动设备具有更广的三维扫描范围和更远的三维扫描距离。

进一步的，如图6所示，实施例1的又一种实施方式，多个所述点光源3分布设置在所述显示模块4的一侧，所述图像采集模块2设置在所述显示模块4的另一侧。例如，点光源间隔分布在返回键、主页键、菜单键附近，而摄像头设置在听筒的附近。该实施方式能避免显示模块单侧的器件分布过于密集。

实施例2

如图7所示，在上述方案一至三中，还可将多个所述点光源3均与所述图像采集模块2共面设置在所述壳体1的背面，可以在背面的上部、中部、下部等多处位置进行分布设置，所述显示模块4设置在所述壳体1的正面，在移动终端的背面执行三维扫描。相对于实施例2，该实施例3更优于对桌面物体进行三维扫描。

进一步的，如图8所示，在实施例2中，所述壳体1的背面可被划分为第一区域101和第二区域102。其中，所述第一区域101为手持区，便于用户手持该移动终端；所述第二区域102为出光区和图像采集区，多个所述点光源3和所述图像采集模块2均分布设置在所述第二区域102内，所述第二区域也是非手持区，用户若将手放置在该区域内，可能遮挡点光源而影响三维扫描。当然，所述的第一区域和第二区域可以为一种虚拟分区，该区域划分可由点光源和图像采集模块的分布情况来表征。

实施例3

在上述方案一至三中，所述图像采集模块2可包括前置摄像头和后置摄像头；且多个所述点光源3中的部分与所述前置摄像头和所述显示模块4共面设置在所述壳体1的正面，多个所述点光源3中的另一部分与所述后置摄像头共面设置在所述壳体1的背面。该移动终端的正面和背面均可执行三维扫描。

该实施例3还可以是实施例1中的任一实施方式与实施例2中的任一实施方式的结合。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。