三维扫描仪、三维扫描系统和三维扫描方法技术方案

本申请公开了一种三维扫描仪、三维扫描系统和三维扫描方法。该三维扫描仪包括：图像投影装置，用于分别在每个预设周期向目标对象投射该预设周期对应的预设条纹图案；图像采集装置，用于在目标对象被投射预设条纹图案的情况下，采集经目标对象调制的光线，以获取多个条纹图像，其中，所获取的条纹图像作为编码图以确定各条纹序列，以及作为重建图以对目标对象进行三维重建。通过本申请，解决了相关技术中三维重建方法所需硬件成本较高，不利于三维扫描装置的推广使用的技术问题。描装置的推广使用的技术问题。描装置的推广使用的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
三维扫描仪、三维扫描系统和三维扫描方法


[0001]本申请涉及三维扫描领域，具体而言，涉及一种三维扫描仪、三维扫描系统和三维扫描方法。

技术介绍

[0002]针对口腔内部的三维扫描领域，现有三维扫描仪通常使用如下方式进行三维重建处理：其一、基于时间编码的正弦条纹解相匹配，然后三维重建和拼接融合，获取物体的三维形貌；其二、基于时间编码的条纹中心线提取并三维重建和拼接融合的算法，获取物体的三维形貌；其三、基于显微共焦三维成像原理获取物体的三维形貌。
[0003]但是，上述各个方式各有缺陷，并不适合于将口腔内部的三维扫描装置进行推广使用，具体缺陷如下：
[0004]首先，基于时间编码的三维重建方法较难实现小体积的手持式扫描，进而导致无法应用于口腔内部的三维扫描领域，此外，基于时间编码的三维重建方法还需要高帧率相机和高速算法支持，进而导致三维扫描设备的生成成本较高，不利于推广使用；
[0005]其次，基于显微共焦三维成像原理的进行三维重建时，所需硬件成本较高，同样不利于三维扫描设备的推广使用。
[0006]针对相关技术中三维重建方法所需硬件成本较高，不利于三维扫描装置的推广使用的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0007]本申请提供一种三维扫描仪、三维扫描系统和三维扫描方法，以解决相关技术中三维重建方法所需硬件成本较高，不利于三维扫描装置的推广使用的技术问题。
[0008]根据本申请的一个方面，提供了一种三维扫描仪。该三维扫描仪包括：图像投影装置，用于分别在每个预设周期向目标对象投射该预设周期对应的预设条纹图案，其中，每个预设条纹图案的条纹依据预设彩色编码条纹排布设置，每个预设条纹图案包括预设彩色编码条纹的至少一种颜色的条纹，且多个预设条纹图案包括预设彩色编码条纹的至少两种颜色的条纹，且所述预设条纹图案中的条纹与所述预设彩色编码条纹中相同颜色的条纹排布一致；图像采集装置，用于在所述目标对象被投射预设条纹图案的情况下，采集经所述目标对象调制的光线，以获取多个条纹图像，其中，所获取的条纹图像作为编码图以确定各条纹序列，以及作为重建图以对所述目标对象进行三维重建。
[0009]可选的，图像投影装置还包括：DLP投影部，其中，所述图像投影装置通过所述DLP投影部在每个预设周期分别向目标对象投射该预设周期对应的预设条纹图案。
[0010]可选的，图像投影装置还包括：光线发射部，用于分别在每个预设周期发射该预设周期所对应的初始光线，其中，每种所述初始光线由至少一种条纹颜色的光线组成，所述条纹颜色为所述预设彩色编码条纹中的条纹的颜色；光线透射部，设置于所述初始光线的传输路径上，其中，每种所述初始光线经所述光线透射部上设有的预设彩色编码条纹的图案
透射后，均生成各自对应的预设彩色条纹投射至目标对象上。
[0011]可选的，所述光线发射部还包括多个光源单元，每个所述光源单元所发射的光线波段各不相同，其中，所述光线发射部通过所述多个光源单元发射所述初始光线。
[0012]可选的，所述光线发射部还包括光线聚合单元，所述光线聚合单元设置于所述多个光源单元发射的光线的传输路径上，其中，所述多个光源单元发射的光线经所述光线聚合单元进行聚合处理后，以同一条传输路径投射至所述光线透射部。
[0013]可选的，所述光源单元包括以下至少之一：LED光源，激光发射器。
[0014]可选的，所述光线透射部还包含衍射光栅，其中，所述光线透射部通过所述衍射光栅生成预设条纹图案，以投射至目标对象上。
[0015]可选的，所述三维扫描仪还包括时序控制部，所述时序控制部与所述图像投影装置、所述图像采集装置相连接，用于控制所述图像投影装置分别在每个预设周期发射该预设周期所对应的预设条纹图案，并控制所述图像采集装置分别在多个预设周期中采集经所述目标对象调制的光线，以获取与每种所述预设条纹图案所对应的条纹图像。
[0016]可选的，所述三维扫描仪还包括时序控制部，所述时序控制部与所述多个光源单元、所述图像采集装置相连接，用于控制所述多个光源单元分别在不同预设周期发射光线，以在每个预设周期中分别生成该预设周期所对应的初始光线；以及控制所述图像采集装置分别在多个预设周期中采集经所述目标对象调制的光线，以获取与每种所述初始光线所对应的条纹图像。
[0017]可选的，所述三维扫描仪还包括照明件，所述照明件用于照射目标对象，其中，所述图像采集装置还用于在所述目标对象被所述照明件投射照明光线的情况下，采集所述目标对象的纹理图。
[0018]可选的，所述图像采集装置还包括多个相机，所述多个相机中至少包含一个黑白相机，其中，所述图像采集装置通过所述多个相机对经所述目标对象调制的光线进行采集，得到多个条纹图像，其中，至少一个所述黑白相机所得到的条纹图像作为重建图以对所述目标对象进行三维重建；以及，至少多个黑白相机所得到的条纹图像作为编码图以确定个各条纹序列，和/或，至少一个彩色相机所得到的条纹图像作为编码图以确定个各条纹序列。
[0019]可选的，图像采集装置还包括光束处理装置，所述光束处理装置包含进光部和至少两个出光部，其中，各个相机分别对应不同的出光部设置，所述图像采集装置通过光束处理装置以采集经所述目标对象调制的光线。
[0020]可选的，所述光束处理装置还包含至少一个第一光束分离单元，所述第一光束分离单元用于对从进光部投射进的光线进行分光处理，以便所述光线分别从所述至少两个出光部投射至所述出光部对应设置的相机。
[0021]可选的，所述光束处理装置还包含至少一个第二光束分离单元，所述第二光束分离单元用于对指定相机将获取的光线进行分离处理，以便所述指定相机获取到指定波段的光线，其中，所述指定波段至少包含：至少一初始光线所包含的光线波段。
[0022]可选的，所述光束处理装置包括直角两通道分色棱镜，且，所述直角两通道分色棱镜包含第三出光部和第四出光部，其中，所述光束处理装置通过所述直角两通道分色棱镜，实现对从进光部投射进的光线进行分光处理，以便所述光线分别从所述第三出光部和所述
第四出光部投射至各自出光部对应设置的相机；所述图像采集装置包括与所述第三出光部对应设置的第三相机，以及与第四出光部对应设置的第四相机，第三相机基于采集到的光线生成第三条纹图像，第四相机基于采集到的光线生成第四条纹图像，第三条纹图像与第四条纹图像中均包括至少两种颜色的条纹且至少两种颜色的条纹可识别；其中，所述光束处理装置通过所述直角两通道分色棱镜，实现对指定相机将获取的光线进行分离处理，以便所述指定相机获取到包含指定波段的光线，其中，所述指定相机获取到包含指定波段的光线包括：所述第三相机获取到第三指定波段的光线，所述第四相机获取到第四指定波段的光线。
[0023]可选的，所述光束处理装置包括三通道分色棱镜，且，所述三通道分色棱镜包含第五出光部、第六出光部和第七出光部，其中，所述光束处理装置通过所述三通道分色棱镜，实现对从进光部投射进的光线进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维扫描仪，其特征在于，包括：图像投影装置(10)，用于分别在每个预设周期向目标对象投射该预设周期对应的预设条纹图案，其中，每个预设条纹图案的条纹依据预设彩色编码条纹排布设置，每个预设条纹图案包括预设彩色编码条纹的至少一种颜色的条纹，且多个预设条纹图案包括预设彩色编码条纹的至少两种颜色的条纹，且所述预设条纹图案中的条纹与所述预设彩色编码条纹中相同颜色的条纹排布一致；图像采集装置(20)，用于在所述目标对象被投射预设条纹图案的情况下，采集经所述目标对象调制的光线，以获取多个条纹图像，其中，所获取的条纹图像作为编码图以确定各条纹序列，以及作为重建图以对所述目标对象进行三维重建。2.根据权利要求1所述的三维扫描仪，其特征在于，图像投影装置(10)还包括：DLP投影部(11)，其中，所述图像投影装置(10)通过所述DLP投影部(11)在每个预设周期分别向目标对象投射该预设周期对应的预设条纹图案。3.根据权利要求1所述的三维扫描仪，其特征在于，图像投影装置(10)还包括：光线发射部(12)，用于分别在每个预设周期发射该预设周期所对应的初始光线，其中，每种所述初始光线由至少一种条纹颜色的光线组成，所述条纹颜色为所述预设彩色编码条纹中的条纹的颜色；光线透射部(13)，设置于所述初始光线的传输路径上，其中，每种所述初始光线经所述光线透射部(13)上设有的预设彩色编码条纹的图案透射后，均生成各自对应的预设彩色条纹投射至目标对象上。4.根据权利要求3所述的三维扫描仪，其特征在于，所述光线发射部(12)还包括多个光源单元(121)，每个所述光源单元(121)所发射的光线波段各不相同，其中，所述光线发射部(12)通过所述多个光源单元(121)发射所述初始光线。5.根据权利要求1所述的三维扫描仪，其特征在于，所述三维扫描仪还包括时序控制部，所述时序控制部与所述图像投影装置(10)、所述图像采集装置(20)相连接，用于控制所述图像投影装置(10)分别在每个预设周期发射该预设周期所对应的预设条纹图案，并控制所述图像采集装置(20)分别在多个预设周期中采集经所述目标对象调制的光线，以获取与每种所述预设条纹图案所对应的条纹图像。6.根据权利要求4所述的三维扫描仪，其特征在于，所述三维扫描仪还包括时序控制部，所述时序控制部与所述多个光源单元(121)、所述图像采集装置(20)相连接，用于控制所述多个光源单元(121)分别在不同预设周期发射光线，以在每个预设周期中分别生成该预设周期所对应的初始光线；以及控制所述图像采集装置(20)分别在多个预设周期中采集经所述目标对象调制的光线，以获取与每种所述初始光线所对应的条纹图像。7.根据权利要求1所述的三维扫描仪，其特征在于，所述三维扫描仪还包括照明件(30)，所述照明件(30)用于照射目标对象，其中，所述图像采集装置(20)还用于在所述目标对象被所述照明件(30)投射照明光线的情况下，采集所述目标对象的纹理图。8.根据权利要求1所述的三维扫描仪，其特征在于，所述图像采集装置(20)还包括多个相机(21)，所述多个相机(21)中至少包含一个黑白相机(21)，其中，所述图像采集装置(20)通过所述多个相机(21)对经所述目标对象调制的光线进行采集，得到多个条纹图像，其中，至少一个所述黑白相机(21)所得到的条纹图像作为重建图以对所述目标对象进行三维重
建；以及，至少多个黑白相机(21)所得到的条纹图像作为编码图以确定个各条纹序列，和/或，至少一个彩色相机(21)所得到的条纹图像作为编码图以确定个各条纹序列。9.根据权利要求8所述的三维扫描仪，其特征在于，图像采集装置(20)还包括光束处理装置(22)，所述光束处理装置(22)包含进光部和至少两个出光部，其中，各个相机(21)分别对应不同的出光部设置，所述图像采集装置(20)通过光束处理装置(22)以采集经所述目标对象调制的光线。10.根据权利要求9所述的三维扫描仪，其特征在于，所述光束处理装置(22)还包含至少一个第一光束分离单元，所述第一光束分离单元用于对从进光部投射进的光线进行分光处理，以便所述光线分别从所述至少两个出光部投射至所述出光部对应设置的相机(21)。11.根据权利要求10所述的三维扫描仪，其特征在于，所述光束处理装置(22)还包含至少一个第二光束分离单元，所述第二光束分离单元用于对指定相机(21)将获取的光线进行分离处理，以便所述指定相机(21)获取到指定波段的光线，其中，所述指定波段至少包含：至少一初始光线所包含的光线波段。12.根据权利要求9所述的三维扫描仪，其特征在于，所述三维扫描仪中的设置方式包含以下任意之一：所述光束处理装置(22)包括直角两通道分色棱镜(22a)，且，所述直角两通道分色棱镜(22a)包含第三出光部和第四出光部，其中，所述光束处理装置(22)通过所述直角两通道分色棱镜(22a)，实现对从进光部投射进的光线进行分光处理，以便所述光线分别从所述第三出光部和所述第四出光部投射至各自出光部对应设置的相机(21)；所述图像采集装置(20)包括与所述第三出光部对应设置的第三相机(21)，以及与第四出光部对应设置的第四相机(21)，第三相机(21)基于采集到的光线生成第三条纹图像，第四相机(21)基于采集到的光线生成第四条纹图像，第三条纹图像与第四条纹图像中均包括至少两种颜色的条纹且至少两种颜色...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓波，马超，
申请(专利权)人：先临三维科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：