一种微观结构表面的三维信息采集方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种微观结构表面的三维信息采集方法及系统，该方法包括：控制X‑Y二维平移台平移，使X‑Z二维激光轮廓仪相对于待测物体沿Y轴方向运动的位移为预设扫描长度，在每次间隔长度为预设扫描分辨率时，控制二维激光轮廓仪采样获取一行扫描数据，从而得到多行扫描数据，实现一个矩形扫描面的三维数据采集；控制二维平移台平移，使二维激光轮廓仪相对于待测物体沿X轴方向每次平移预设偏移长度，完成一个矩形扫描面的三维数据采集，直至完成所有所述矩形扫描面的三维数据采集；合并所有所述矩形扫描面的三维数据，建模得出待测物体的三维轮廓图。通过使用该方法，可利用已有二维激光轮廓仪实现对文物的三维信息采集。

Method and system for acquiring three-dimensional information of microstructure surface

The present invention provides a system and method for collecting information of 3D surface microstructure, the method includes: control X Y two-dimensional translation table translation, the X Z two-dimensional laser profilometer displacement relative to the object to be measured along the direction of axis Y as the preset scan length in a time interval of length of preset scan resolution control, 2D laser profilometer sampling line scan data, so as to obtain the multi line scan data, the realization of a rectangular scanning surface 3D data acquisition; control two-dimensional translation table translation, the two-dimensional laser profilometer relative to the object to be measured along the X axis direction of each translational preset offset length, a rectangular scanning plane three-dimensional data acquisition, until the completion of all of the rectangular scanning surface 3D data acquisition; merge all the rectangular scanning three-dimensional data model of the object to be tested three Dimensional contour map. By using this method, we can use the existing two dimensional laser profilometer to realize the 3D information collection of cultural relics.

【技术实现步骤摘要】
一种微观结构表面的三维信息采集方法及系统
本专利技术属于三维扫描及三维建模领域，特别涉及一种微观结构表面的三维信息采集方法及系统。
技术介绍
随着三维扫描技术的出现，给物体的三维信息获取提供了强有力的技术支持，尤其是在文物保护、考古研究、建筑设计、地址勘探方面，三维扫描技术应用越来越广泛。然而三维扫描技术自产生以来，其重点的应用范围主要限定在宏观的实际物体领域，对于微观的三维结构，例如古字画、油画、绢绣品等表面的三维信息采集，近几年才逐渐受到重视。目前，市场上专门针对这类微观结构表面三维信息采集的技术和设备屈指可数，主要是因为技术非常熟的探针扫描会对扫描文物造成一定程度的破坏，而三维激光轮廓仪价格非常昂贵，维护费用高。因此，本专利技术提出了一种利用二维激光轮廓仪结合二维平移台的实现微观结构表面的三维信息采集的方法及系统，使用该方法可以对于纸张、卡片等物体表面的三维信息采集，特别是油画等珍贵文物的信息采集、还原、保存都具有重要的实践意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种微观结构表面的三维信息采集方法及系统，可以实现利用二维激光轮廓仪结合二维平移台实现对微观结构表面三维信息采集，对于油画等珍贵文物的信息采集、还原、保存等都具有重要的实践意义。为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种微观结构表面的三维信息采集方法，该方法包括：控制X-Y二维平移台平移，使X-Z二维激光轮廓仪相对于待测物体沿Y轴方向运动的位移为预设扫描长度，在每次间隔长度为预设扫描分辨率时，控制X-Z二维激光轮廓仪采样获取一行扫描数据，从而得到多行扫描数据，实现一个矩形扫描面的三维数据采集；控制所述X-Y二维平移台平移，使所述X-Z二维激光轮廓仪相对于所述待测物体沿X轴方向每次平移预设偏移长度，完成一个矩形扫描面的三维数据采集，直至完成所有所述矩形扫描面的三维数据采集；合并所有所述矩形扫描面的三维数据，建模得出待测物体的三维轮廓图。进一步地，所述“控制X-Y二维平移台平移”之前包括根据预设扫描宽度与所述X-Z二维激光轮廓仪的最大扫描宽度确定待测物体需要分解矩形扫描面的个数。进一步地，所述预设偏移长度小于所述X-Z二维激光轮廓仪的最大扫描宽度。进一步地，所述矩形扫描面的三维数据保存在txt文件中，不同的矩形扫描面的三维数据保存在不同的txt文件中。进一步地，所述“实现一个矩形扫描面的三维数据采集”包括：根据X-Z二维激光轮廓仪的最大扫描宽度与采样个数确定相邻扫描点X轴坐标偏移量，根据所述扫描分辨率确定Y轴坐标偏移量，根据X-Z二维激光轮廓仪提供的数据获取接口获取高程Z坐标信息。进一步地，所述X-Z二维激光轮廓仪相对于待测物体沿Y轴方向保持匀速直线运动，以预设采样频率控制所述X-Z二维激光轮廓仪采样。进一步地，所述合并是将多个矩形扫描面的三维数据去除扫描的重复点，得到一份表征待测物体表面全貌信息的三维数据。进一步地，所述建模是利用OpenGL编写三维模型的显示程序，利用三维云数据坐标进行统一坐标系的三维显示或通过Crust算法进行三维云数据坐标的曲面重建。进一步地，所述待测物体的表面曲线满足函数Z＝F(X,Y)。本专利技术的另一目的在于提供一种微观结构表面的三维信息采集系统，包括：X-Z二维激光轮廓仪、控制设备和X-Y二维平移台。所述X-Y二维平移台用于放置待测物体与安装所述X-Z二维激光轮廓仪，在所述控制设备的控制下，实现所述X-Z二维激光轮廓仪相对于所述待测物体沿X轴或Y轴发生平移。所述X-Z二维激光轮廓仪用于在所述控制设备的控制下采集所述待测物体的X-Z二维轮廓信息。所述控制设备包括：数据处理单元：用于合并所有矩形扫描面的扫描数据，建模得出待测物体的三维轮廓图。扫描控制单元：用于控制所述X-Y二维平移台平移和所述X-Z二维激光轮廓采样实现三维扫描功能。与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：本专利技术提供的一种微观结构表面的三维信息采集方法，所述方法包括：控制X-Y二维平移台平移，使X-Z二维激光轮廓仪相对于待测物体沿Y轴方向运动的位移为预设扫描长度，在每次间隔长度为预设扫描分辨率时，控制X-Z二维激光轮廓仪采样获取一行扫描数据，从而得到多行扫描数据，实现一个矩形扫描面的三维数据采集；控制所述X-Y二维平移台平移，使所述X-Z二维激光轮廓仪相对于所述待测物体沿X轴方向每次平移预设偏移长度，完成一个矩形扫描面的三维数据采集，直至完成所有所述矩形扫描面的三维数据采集；合并所有所述矩形扫描面的三维数据，建模得出待测物体的三维轮廓图。通过使用该三维信息采集方法可以对珍贵文物的信息采集、还原、保存等都具有重要的实践意义通过。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提出的一种微观结构表面的三维信息采集方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提出的扫描一个幅面的空间三维坐标获取原理；图3为本专利技术实施例提出的扫描一个幅面的空间三维坐标获取原理；图4为本专利技术实施例提出的一种微观结构表面的三维信息采集系统的一种结构示意图。主要元件符号说明：1、三维信息采集系统；10、X-Z二维激光轮廓仪；20、X-Y二维平移台；30、控制设备；301、扫描控制单元；302、数据处理单元。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对专利技术进行更清楚、完整地描述。附图中给出的优选实施例，可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提出了一种微观结构表面的三维信息采集方法，如图1所示，包括以下步骤：S101：控制X-Y二维平移台平移，使X-Z二维激光轮廓仪相对于待测物体沿Y轴方向运动的位移为预设扫描长度，在每次间隔长度为预设扫描分辨率时，控制X-Z二维激光轮廓仪采样获取一行扫描数据，从而得到多行扫描数据，实现一个矩形扫描面的三维数据采集。所述“控制X-Y二维平移台平移”之前包括根据预设扫描宽度与所述X-Z二维激光轮廓仪的最大扫描宽度确定待测物体需要分解矩形扫描面的个数。矩形扫描面的三维数据保存在txt文件中，不同的矩形扫描面的三维数据保存在不同的txt文件中。所述“实现一个矩形扫描面的三维数据采集”包括：根据X-Z二维激光轮廓仪的最大扫描宽度与采样个数确定相邻扫描点X轴坐标偏移量，根据所述扫描分辨率确定Y轴坐标偏移量，根据X-Z二维激光轮廓仪提供的数据获取接口获取高程Z坐标信息。X-Z二维激光轮廓仪相对于待测物体沿Y轴方向可以保持匀速直线运动，这样可以保证以固定采样周期控制激光轮廓仪采样。由于X-Z二维激光轮廓仪采样时，X-Z二维激光轮廓仪与被测物体还发生，当选择较小的分辨率参数时，同时需要选择较小的扫描速度，这样才可以忽略在采样过程中，在Y轴上产生的偏移量。S102：控制所述X-Y二维平移本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微观结构表面的三维信息采集方法，其特征在于，所述方法包括：控制X‑Y二维平移台平移，使X‑Z二维激光轮廓仪相对于待测物体沿Y轴方向运动的位移为预设扫描长度，在每次间隔长度为预设扫描分辨率时，控制X‑Z二维激光轮廓仪采样获取一行扫描数据，从而得到多行扫描数据，实现一个矩形扫描面的三维数据采集；控制所述X‑Y二维平移台平移，使所述X‑Z二维激光轮廓仪相对于所述待测物体沿X轴方向每次平移预设偏移长度，完成一个矩形扫描面的三维数据采集，直至完成所有所述矩形扫描面的三维数据采集；合并所有所述矩形扫描面的三维数据，建模得出待测物体的三维轮廓图。

【技术特征摘要】
1.一种微观结构表面的三维信息采集方法，其特征在于，所述方法包括：控制X-Y二维平移台平移，使X-Z二维激光轮廓仪相对于待测物体沿Y轴方向运动的位移为预设扫描长度，在每次间隔长度为预设扫描分辨率时，控制X-Z二维激光轮廓仪采样获取一行扫描数据，从而得到多行扫描数据，实现一个矩形扫描面的三维数据采集；控制所述X-Y二维平移台平移，使所述X-Z二维激光轮廓仪相对于所述待测物体沿X轴方向每次平移预设偏移长度，完成一个矩形扫描面的三维数据采集，直至完成所有所述矩形扫描面的三维数据采集；合并所有所述矩形扫描面的三维数据，建模得出待测物体的三维轮廓图。2.根据权利要求1所述的三维信息采集方法，其特征在于，所述“控制X-Y二维平移台平移”之前，该方法还包括根据预设扫描宽度与所述X-Z二维激光轮廓仪的最大扫描宽度确定待测物体需要分解矩形扫描面的个数。3.根据权利要求1所述的三维信息采集方法，其特征在于，所述预设偏移长度小于所述X-Z二维激光轮廓仪的最大扫描宽度。4.根据权利要求1所述的三维信息采集方法，其特征在于，所述建模是利用OpenGL编写三维模型的显示程序，利用三维云数据坐标进行统一坐标系的三维显示或通过Crust算法进行三维云数据坐标的曲面重建。5.根据权利要求1所述的三维信息采集方法，其特征在于，所述矩形扫描面的三维数据保存在txt文件中，不同的矩形扫描面的三维数据保存在不同的txt文件中。6.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈广学，张凯丽，陈奇峰，俞朝晖，陈晨，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44