一种三维扫描装置及其标定方法和测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种三维扫描装置及其标定方法和测量方法，三维扫描装置包括投影单元，用于向被测物体投射结构光图案；成像单元，用于成像所述被测物体反射的结构光图案；所述投影单元的投影光路的光轴与所述成像单元的成像光路的光轴交叉，在被测物体上形成有交集的投影视场和成像视场；控制单元，与投影单元和成像单元连接，用于控制所述投影单元和所述成像单元；所述控制单元中存储若干三维重建时调用的标定参数，所述投影单元和所述成像单元设置有对应标定参数变焦的变焦镜头。本发明专利技术的三维扫描装置在转换测量视场时，无需重新对三维扫描装置进行标定，而是调用控制单元中预存的标定参数进行三维重建，提高三维扫描装置的适用范围和工作效率。用范围和工作效率。用范围和工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种三维扫描装置及其标定方法和测量方法


[0001]本专利技术属于光学三维测量
，具体地说，涉及一种三维扫描装置及其标定方法和测量方法。

技术介绍

[0002]随着计算机视觉技术的发展以及新技术新需求的驱动，三维扫描系统成为非接触式测量的重要手段，被广泛应用于工业设计领域的辅助制造与检验、游戏娱乐领域的实景建模与仿真以及考古领域的遗址保护与复原等。
[0003]三维扫描系统在进行三维模型重构时，涉及的首要关键问题就是三维扫描系统的标定问题，即如何获得三维扫描系统中相机的内部参数和外部参数，以实现基于相机内部、外部参数的三角测量原理，进而完成三维模型重构。
[0004]现有技术中，最常用的基本扫描方法是对单/双目系统在固定视场尺度下对物体进行结构光成像，然后结合标定参数对物体进行三维计算获取点云数据。若改变视场需扫描前对扫描系统进行标定，获取系统在该视场下的内外参数。
[0005]显微三维测量的实际应用中经常会遇到多种不同的视场尺度测量，若变换视场尺度进行三维扫描前都需要重新对扫描系统进行标定，才能对待测物体进行三维扫描，这无疑对用户的使用带来很大不便，同时也限定了显微三维扫描装置的应用范围，降低了显微三维扫描装置的工作效率。
[0006]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种三维扫描装置，以解决现有技术中当三维扫描装置的测量视场尺度变化后需要重新对三维扫描装置进行标定的问题。
[0008]本专利技术的另一目的在于提供一种对上述三维扫描装置进行标定的标定方法，使三维扫描装置应用所述的标定方法标定后可应用于多个不同视场尺度下的三维扫描过程。
[0009]本专利技术的再一目的在于提供一种应用上述三维扫描装置进行扫描的测量方法，在变换视场进行三维扫描时不必对三维扫描装置重新进行标定，提高测量效率。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术采用技术方案的基本构思是：
[0011]一种三维扫描装置，包括
[0012]投影单元，用于向被测物体投射结构光图案；
[0013]成像单元，用于成像所述被测物体反射的结构光图案；
[0014]所述投影单元的投影光路的光轴与所述成像单元的成像光路的光轴交叉，在被测物体上形成有交集的投影视场和成像视场；
[0015]控制单元，与所述投影单元和所述成像单元连接，用于控制所述投影单元和所述成像单元；
[0016]所述控制单元中存储若干三维重建时调用的标定参数，所述投影单元和所述成像
单元设置有对应标定参数变焦的变焦镜头。
[0017]进一步的，所述控制单元中的若干标定参数为矩阵A
mn
，矩阵A
mn
包括m
×
n个标定参数，其中，标定参数a
ij
为所述变焦镜头第i个投影焦距和第j个成像焦距对应的标定参数，i＝{1
……
m}，j＝{1
……
n}，m、n大于等于1。
[0018]进一步的，三维重建时，所述变焦镜头采用已标定的第i个投影焦距和第j个成像焦距，所述控制单元调用与之对应的标定参数a
ij
。
[0019]进一步的，所述变焦镜头的第i个投影焦距所对应的投影视场和第j个成像焦距对应的成像视场的交集为测量视场，所述测量视场大于等于被测物体的大小。
[0020]进一步的，所述第i个投影焦距和所述第j个成像焦距为所述投影单元和所述成像单元在变焦范围分别变焦所得；
[0021]或者，所述第i个投影焦距和所述第j个成像焦距为所述投影单元和所述成像单元在变焦范围同步变焦所得，其中，i＝j。
[0022]进一步的，所述的三维扫描装置为显微三维扫描装置，
[0023]或者，所述投影单元包括微缩镜头，所述成像单元包括显微镜头，所述微缩镜头与所述显微镜头相互独立，所述微缩镜头与所述显微镜头分别至少包括可变焦的变焦镜和物镜；
[0024]或者，所述投影单元包括微缩镜头，所述成像单元包括显微镜头，所述微缩镜头与所述显微镜头的光轴对称交叉，所述微缩镜头和所述显微镜头分别包括可同步驱动的变焦镜和物镜；
[0025]或者，所述投影单元包括微缩镜头，所述成像单元包括显微镜头，所述微缩镜头与所述显微镜头的光轴对称交叉，所述微缩镜头与所述显微镜头至少包括共用的变焦镜和物镜。
[0026]一种应用于如上所述的三维扫描装置的标定方法，包括以下步骤：
[0027]S1，将三维扫描装置放置于距被测标准物体一定工作距处；
[0028]S2，将所述投影单元的投影焦距和所述成像单元的成像焦距变换至某一数值；
[0029]S3，控制单元获取步骤S2中在该投影焦距和成像焦距处对被测标准物三维标定生成的与该投影焦距和成像焦距相对应的标定参数并存储在所述控制单元中；
[0030]S4，改变所述投影单元和所述成像单元的焦距，重复步骤S2-S3，控制单元获取与投影焦距和成像焦距相对应的若干标定参数并存储在所述控制单元中。
[0031]进一步的，步骤S4中，若干标定参数为矩阵A
mn
，矩阵A
mn
包括m
×
n个标定参数，其中，标定参数a
ij
为第i个投影焦距和第j个成像焦距下对被测标准物三维标定生成的与该投影焦距和成像焦距相对应的标定参数，i＝{1
……
m}，j＝{1
……
n}，m、n大于等于1。
[0032]一种应用如上所述的一种三维扫描装置的测量方法，包括以下步骤：
[0033]S1，将三维扫描装置放置于距被测物体一定工作距处；
[0034]S2，根据被测物体大小，将所述投影单元的投影焦距和所述成像单元的成像焦距变换至某一数值，使投影视场和成像视场覆盖被测物体；
[0035]S3，控制单元调用投影焦距和成像焦距相对应的标定参数；
[0036]S4，利用所述标定参数对被测物体三维重建。
[0037]进一步的，所述控制单元中存储有若干标定参数，若干标定参数为矩阵A
mn
，矩阵
A
mn
包括m
×
n个标定参数，步骤S3中，控制单元调用标定参数a
ij
，标定参数a
ij
为第i个投影焦距和第j个成像焦距相对应的标定参数，i＝{1
……
m}，j＝{1
……
n}，m、n大于等于1。
[0038]采用上述技术方案后，本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果。
[0039]1、本专利技术的三维扫描装置可满足不同测量视场对应不同尺度的被测物体进行三维重建的要求。在转换测量视场的过程中，无需对三维扫描装置进行重新标定，而是调用控制单元中预存的标定参数进行三维重建。这为用户的使用带来极大的便利，同时也扩展了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维扫描装置，包括投影单元，用于向被测物体投射结构光图案；成像单元，用于成像所述被测物体反射的结构光图案；所述投影单元的投影光路的光轴与所述成像单元的成像光路的光轴交叉，在被测物体上形成有交集的投影视场和成像视场；控制单元，与所述投影单元和所述成像单元连接，用于控制所述投影单元和所述成像单元；其特征在于：所述控制单元中存储若干三维重建时调用的标定参数，所述投影单元和所述成像单元设置有对应标定参数变焦的变焦镜头。2.根据权利要求1所述的一种三维扫描装置，其特征在于：所述控制单元中的若干标定参数为矩阵A
mn
，矩阵A
mn
包括m
×
n个标定参数，其中，标定参数a
ij
为所述变焦镜头第i个投影焦距和第j个成像焦距对应的标定参数，i＝{1
……
m}，j＝{1
……
n}，m、n大于等于1。3.根据权利要求2所述的一种三维扫描装置，其特征在于：三维重建时，所述变焦镜头采用已标定的第i个投影焦距和第j个成像焦距，所述控制单元调用与之对应的标定参数a
ij
。4.根据权利要求2或3所述的一种三维扫描装置，其特征在于：所述变焦镜头的第i个投影焦距所对应的投影视场和第j个成像焦距对应的成像视场的交集为测量视场，所述测量视场大于等于被测物体的大小。5.根据权利要求4所述的一种三维扫描装置，其特征在于：所述第i个投影焦距和所述第j个成像焦距为所述投影单元和所述成像单元在变焦范围分别变焦所得；或者，所述第i个投影焦距和所述第j个成像焦距为所述投影单元和所述成像单元在变焦范围同步变焦所得，其中，i＝j。6.根据权利要求1-5任一所述的一种三维扫描装置，其特征在于：所述的三维扫描装置为显微三维扫描装置，或者，所述投影单元包括微缩镜头，所述成像单元包括显微镜头，所述微缩镜头与所述显微镜头相互独立，所述微缩镜头与所述显微镜头分别至少包括可变焦的变焦镜和物镜；或者，所述投影单元包括微缩镜头，所述成像单元包括显微镜头，所述微缩镜头与所述显微镜头的光轴对称交叉，所述微缩镜头和所述显微镜头分别包括可同步驱动的变焦镜和物镜；或者，所述投影单元包括微缩镜头，所述成像单元包括显微镜头，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜恩鸿，刘浪，
申请(专利权)人：沈阳华慧高新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：