三维扫描系统技术方案

本发明专利技术提供一种三维扫描系统包含投影装置、影像撷取模组及成像装置。投影装置包含照明模组及图案产生器。照明模组提供光束，而图案产生器接收光束且投射预定图案。成像装置将预定图案成像于待测物体，并将包含预定图案及待测物体的投影图像成像于影像撷取模组以使影像撷取模组撷取对应影像。成像装置成像预定图案的最佳成像焦平面与成像装置撷取投影图像的最佳取像焦平面为两相异平面。借此，能够扩增三维扫描系统实际所能够扫描的有效景深范围。

3-D Scanning System

The invention provides a three-dimensional scanning system comprising a projection device, an image capturing module and an imaging device. The projection device includes a lighting module and a pattern generator. The illumination module provides the beam, while the pattern generator receives the beam and projects the predetermined pattern. The imaging device imagines the predetermined pattern on the object to be measured, and the projection image including the predetermined pattern and the object to be measured is imaged on the image acquisition module to enable the image acquisition module to capture the corresponding image. The optimal imaging focal plane of the imaging device for imaging a predetermined pattern and the optimal imaging focal plane of the imaging device for capturing a projected image are two different planes. In this way, the effective depth of field that the three-dimensional scanning system can actually scan can be enlarged.

【技术实现步骤摘要】
三维扫描系统
本专利技术是有关于一种三维扫描系统，特别是指一种能够增加有效扫描景深的一种三维扫描系统。
技术介绍
扫描装置可用来建立物体三维模型，并可被应用在许多不同的范畴当中。例如动画师可利用扫描装置建立物体的三维模型，以减少手动绘图的时间，又例如齿模师可利用扫描装置取得病患牙齿的三维模型，以制作适合病患的假牙。在先前技术当中，扫描装置可通过发射具有固定图案的光至待扫描的物体，并根据经物体反射后的光所呈现的图案来建立物体的三维模型。由于物体的表面可能具有花纹或凹凸等特征，因此经过待扫描物体反射后的光所呈现的图案会与原本的固定图案有所差异，而扫描装置即可根据两者的差异取得待扫描物体的特征以建立其三维模型。然而，受限于其内部元件的物理特性，扫描装置对于在特定景深范围内的物体虽能解析并取得有效的深度资讯，然而对于在特定景深范围外的物体则只能取得误差较大的深度资讯，而无法有效地使用在后续的应用。在先前技术中，倘若使用者欲增加有效的扫描景深范围，则必须在扫描装置中采用对应规格的物理元件，因此不仅所需的硬件成本较高，在制造的流程上也缺乏弹性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种三维扫描系统以解决上述扫描景深范围局限的问题。为达到上述目的，本专利技术提供一种三维扫描系统，该三维扫描系统包含：投影装置、影像撷取模组以及成像装置；该投影装置包含照明模组及图案产生器，该照明模组用以提供光束，该图案产生器用以接收该光束且投射预定图案；该影像撷取模组用以撷取影像；该成像装置用以将该预定图案成像于待测物体，该成像装置将包含该待测物体及该预定图案的投影图像成像于该影像撷取模组；其中该成像装置成像该预定图案的最佳成像焦平面与该成像装置撷取该投影图像的最佳取像焦平面为两相异平面。较佳的，该最佳成像焦平面与该三维扫描系统的预设扫描中心点的距离大于该最佳取像焦平面与该预设扫描中心点的距离。较佳的，该预设扫描中心点位于该最佳取像焦平面。较佳的，该投影装置及该成像装置成像该预定图案的焦比大于或等于该影像撷取模组及该成像装置撷取该投影图像的焦比。较佳的，该投影装置及该成像装置的成像解析度小于或等于该成像装置及该影像撷取模组的取像解析度。较佳的，该成像装置包含：投影成像模组，用以将该预定图案成像于该待测物体；及取像成像模组，用以将该投影图像成像于该影像撷取模组；其中该投影成像模组及该取像成像模组具有相异的光轴。较佳的，该三维扫描系统还包含调整机构，其中该图案产生器承靠于该调整机构，而该调整机构用以调整该图案产生器与该投影成像模组之间的距离以调整该最佳成像焦平面的位置。较佳的，该调整机构包含定位承靠件及至少一垫片。较佳的，该调整机构包含可旋动螺丝。较佳的，该成像装置包含：分光模组，用以使该预定图案投影至该待测物体的投影路径与该投影图像投射至该影像撷取模组的投影路径分离；及镜头模组，用以传递该预定图案及该投影图像。较佳的，该三维扫描系统还包含调整机构，其中该图案产生器承靠于该调整机构，而该调整机构用以调整该图案产生器与该镜头模组之间的距离以调整该最佳成像焦平面的位置。较佳的，该调整机构包含定位承靠件及至少一垫片。较佳的，该调整机构包含可旋动螺丝。较佳的，该两相异平面互相平行。与现有技术相比，本专利技术所提供的三维扫描系统会具有相异的最佳成像焦平面与最佳取像焦平面，因此能够扩增三维扫描系统实际所能够扫描的有效景深范围。附图说明图1为本专利技术的实施例的三维扫描系统的示意图。图2为先前技术的三维扫描系统的投影、取像及扫描时的调制转换函数曲线。图3为图1的三维扫描系统的投影、取像及扫描时的调制转换函数曲线。图4为本专利技术另一实施例的三维扫描系统的示意图。具体实施方式为使对本专利技术的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。图1为本专利技术一实施例的三维扫描系统100的示意图。三维扫描系统100包含投影装置110、影像撷取模组120及成像装置130。投影装置110包含照明模组112及图案产生器114。照明模组112可提供光束S1，而图案产生器114则可根据光束S1投射预定图案。在本专利技术的一实施例中，图案产生器114可包含数位微镜装置(DigitalMicromirrorDevice,DMD)、动态光栅产生装置或固定光栅产生装置以投射预定图案P1，而预定图案P1则例如但不限于方格图案。成像装置130可将预定图案P1成像于待测物体OB。接着，成像装置130会将包含待测物体OB及预定图案P1的投影图像IMGP成像于影像撷取模组120，使得影像撷取模组120能够对应地撷取投影图像IMGP。也就是说，投影图像IMGP会呈现出预定图案P1投射在待测物体OB上的情况。在图1中，成像装置130在投射预定图案P1时，根据其物理特性，会在最佳成像焦平面FP1处具有最佳的解析度，亦即，在最佳成像焦平面FP1上，成像装置130将能够最清楚地呈现预定图案P1。此外，成像装置130在撷取投影图像IMGP时，则会在最佳取像焦平面FP2上具有最佳的解像能力，亦即在最佳取像焦平面FP2上，成像装置130将能够取得最清晰的影像。在先前技术中，成像装置的最佳成像焦平面与最佳取像焦平面会相重合，因此影像撷取模组能够以最佳的解像能力撷取包含最清晰图案的影像。图2为先前技术的三维扫描系统的投影、取像及扫描时的调制转换函数(ModulationTransferFunction，MTF)曲线CA1、CA2及CA3，其中横轴为景深，纵轴则为还原程度或解像能力。在图2中，由于先前技术的成像装置的最佳成像焦平面与最佳取像焦平面会相重合，因此对应于投影能力的曲线CA1与对应于取像能力的曲线CA2会在景深为6毫米时具有峰值。由于最终扫描的解像能力即相当于投影及取像两者的加乘，因此对应于扫描能力的曲线CA3同样会在景深为6毫米时具有峰值，且曲线CA3的形状分布会较为集中高耸。倘若后续的影像处理系统只能够处理解像程度在0.4以上的影像，则实际上，先前技术的三维扫描系统仅能够对位于景深4毫米至8毫米之间的物体进行有效的扫描。然而，在图1的实施例中，成像装置130的最佳取像焦平面FP2与最佳成像焦平面FP1为两个相异的平面，也就是说，成像装置130的最佳成像焦平面FP1与最佳成像焦平面FP1并不会重合。图3为三维扫描系统100的投影、取像及扫描时的调制转换函数曲线CB1、CB2及CB3，其中横轴为景深，纵轴则为还原程度或解像能力。在图3中，由于成像装置130的最佳成像焦平面FP1与最佳取像焦平面FP2并不会相重合，因此对应于投影能力的曲线CB1与对应于取像能力的曲线CB2会分别在相异的景深上具有峰值，而对应于扫描能力的曲线CB3则会具有较为平坦的形状。也就是说，虽然三维扫描系统100无法以其最佳的解析度取得最清晰的影像，因此在曲线CB3的峰值可能会略为下降，然而整体而言，三维扫描系统100却能够有效地扫描景深范围较大的物体。举例来说，对位于景深3毫米至8毫米之间的物体来说，三维扫描系统100的还原程度都能够大致符合后续处理系统所要求的0.4，而景深3毫米至8毫米所涵盖的范围会大于先前技术的三维扫描系统所能支援的景深范围，亦即景深4毫米至8毫米。在本专利技术的部分实施例中，在成像装置130的最佳成像焦平面FP本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维扫描系统，其特征在于，包含：投影装置，包含：照明模组，用以提供光束；及图案产生器，用以接收该光束且投射预定图案；影像撷取模组，用以撷取影像；及成像装置，用以将该预定图案成像于待测物体，及将包含该待测物体及该预定图案的投影图像成像于该影像撷取模组；其中该成像装置成像该预定图案的最佳成像焦平面与该成像装置撷取该投影图像的最佳取像焦平面为两相异平面。

【技术特征摘要】
2018.04.17 CN 20181034267331.一种三维扫描系统，其特征在于，包含：投影装置，包含：照明模组，用以提供光束；及图案产生器，用以接收该光束且投射预定图案；影像撷取模组，用以撷取影像；及成像装置，用以将该预定图案成像于待测物体，及将包含该待测物体及该预定图案的投影图像成像于该影像撷取模组；其中该成像装置成像该预定图案的最佳成像焦平面与该成像装置撷取该投影图像的最佳取像焦平面为两相异平面。2.如权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，该最佳成像焦平面与该三维扫描系统的预设扫描中心点的距离大于该最佳取像焦平面与该预设扫描中心点的距离。3.如权利要求2所述的三维扫描系统，其特征在于，该预设扫描中心点位于该最佳取像焦平面。4.如权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，该投影装置及该成像装置成像该预定图案的焦比大于或等于该影像撷取模组及该成像装置撷取该投影图像的焦比。5.如权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，该投影装置及该成像装置的成像解析度小于或等于该成像装置及该影像撷取模组的取像解析度。6.如权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，该成像装置包含：投影成像模组，用以将该预定图案成像于该待测物体；及...

【专利技术属性】
技术研发人员：王静慧，林明坤，吴宗训，
申请(专利权)人：苏州佳世达光电有限公司，佳世达科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32