具有具备重叠视野的传感器的三维扫描仪制造技术

一种系统包含配置成将多个非编码元素投影到物体上的投影仪，所述投影仪具有第一光轴。所述系统包含具有第一透镜和第一传感器的第一摄像机。所述第一透镜限定第二光轴。所述系统包含具有第二透镜和第二传感器的第二摄像机。所述第二透镜限定第三光轴。所述投影仪、所述第一摄像机和所述第二摄像机在第一方向上安置于基本上直线上。所述第一光轴基本上平行于所述第二光轴，所述第二光轴基本上平行于所述第三光轴。所述第一传感器的中心沿着所述第一方向远离所述第二光轴移位，且所述第二传感器的中心沿着所述第一方向远离所述第三光轴移位。轴移位。轴移位。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有具备重叠视野的传感器的三维扫描仪


[0001]本专利技术大体上涉及三维扫描仪，且更尤其涉及具有具备重叠视野的传感器的三维扫描仪。

技术介绍

[0002]三维(3D)扫描仪为构建物理物体的表面的3D模型的装置。三维扫描仪的应用跨越许多领域，包含工业设计和制造、计算机动画、科学、教育、医学、艺术、设计等。

技术实现思路

[0003]本公开涉及3D扫描技术。3D扫描的一种方法为所谓的“结构光”的使用，其中投影仪将已知光图案投影到物体的表面上。举例来说，来自投影仪的光可被引导通过上面印有图案的幻灯片。从由摄像机捕获的光图案中的失真中推断物体的表面的形状。一个或多个摄像机可用于获得物体上的图案的反射的图像。通过测量图像中图案的位置(例如，测量图案的失真)，计算机系统可使用简单的几何计算(例如三角测量算法)来确定物体的表面上的位置。结构光方法可与其它方法(例如，飞行时间方法)进行对比，在飞行时间方法中，激光测距仪通过对在表面上进行光栅扫描的光的脉冲的往返时间进行计时而找到到表面的距离。
[0004]为了确定物体的表面上的位置，计算机系统需要知道图像中的哪一元素对应于幻灯片上的哪一元素。存在两种解决此问题的一般方法：一种方法利用编码元素，且替代方法依赖于非编码元素。通过编码元素，图案中的元素具有一些独特的识别特性，所述特性允许计算机系统弄明白哪一成像元素对应于物体上的哪一元素。通过非编码元素(例如，线)，需要一些其它方法来消除一个成像元素与其它成像元素的歧义。
[0005]在一些实施例中，提供一种用于在3D扫描的非编码结构光方法中消除成像元素(例如，线)的歧义的方法。使用具有投影仪和至少两个摄像机的扫描仪执行所述方法。投影仪将多条线投影到物体的表面上。通过第一摄像机和第二摄像机使反射成像。在来自第一摄像机的第一图像(例如，失真线)中检测到元素，且假设与投影图案的元素的对应关系。使用所述假设，将元素的位置转换到第二摄像机中的第二图像。如果元素也不存在于第二图像中，那么排除所述假设。在一些实施例中，如果所述假设将产生物体上的在第一摄像机的聚焦深度之外的位置，那么排除所述假设。
[0006]在一些实施例中，提供一种3D扫描仪。在一些实施例中，3D扫描仪使用结构光方法。在一些实施例中，3D扫描仪使用非编码元素。通过两个或更多个摄像机的重叠视野和投影仪，改善3D扫描仪的性能。在一些实施例中，为了提高制造简易性，以及其它益处，两个或更多个摄像机和投影仪具有基本上平行的光轴。如此，两个或更多个摄像机(包含其传感器和光学器件)可安装于平行平面上。举例来说，两个或更多个摄像机的传感器可安装于单个印刷电路板上。为了使两个或更多个摄像机的视野的重叠最大化，相对于其光轴移位(例如，偏移)至少一个摄像机的传感器。
[0007]为此，3D扫描仪包含配置成将多个非编码元素投影到物体上的投影仪。投影仪具有第一光轴。3D扫描仪进一步包含第一摄像机，所述第一摄像机包括第一透镜和第一传感器。第一透镜将多个非编码元素的第一部分的反射聚焦到第一传感器上。第一透镜限定第二光轴。3D扫描仪包含第二摄像机，所述第二摄像机包括第二透镜和第二传感器。第二透镜将多个非编码元素的第二部分的反射聚焦到第二传感器上。第二透镜限定第三光轴。投影仪、第一摄像机和第二摄像机在第一方向上彼此偏移。第一光轴基本上平行于第二光轴，所述第二光轴基本上平行于第三光轴。第一传感器的中心沿着第一方向远离第二光轴移位。在一些实施例中，第二传感器的中心沿着第一方向远离第三光轴移位。
附图说明
[0008]为了各种所描述实施例的更好理解，应结合以下图式参考下文的具体实施方式。
[0009]图1为根据一些实施例的3D扫描仪的正视图的示意图。
[0010]图2为根据一些实施例的3D扫描仪的侧视图的示意图。
[0011]图3为根据一些实施例的具有重叠视野的摄像机的示意图。
[0012]图4为根据一些实施例的具有相对于摄像机的光轴移位的传感器的摄像机的示意图。
[0013]图5为根据一些实施例的3D扫描仪的侧视图的示意图。
[0014]图6为根据一些实施例的3D扫描仪的侧视图的示意图。
[0015]图7为根据一些实施例的3D扫描仪的侧视图的示意图。
[0016]图8绘示根据一些实施例的产生物体的3D模型的方法的流程图。
[0017]图9为根据一些实施例的3D扫描仪的框图。
[0018]一般来说，上文所描述的各个图展示本公开提供的3D扫描仪的不同实施例。然而，将理解，相对于一个图展示且描述的扫描仪的某些特征(例如，摄像机、投影仪等)可类似于参考其它图中所展示的其它扫描仪所描述的特征。为简洁起见，在整个本公开中不重复此类细节。
具体实施方式
[0019]现将参考实施例，在随附图式中绘示所述实施例的实例。在以下描述中，阐述许多特定细节以便提供对各种所描述实施例的透彻理解。然而，对于本领域的普通技术人员将显而易见的是，可在没有这些特定细节的情况下实践各种所描述实施例。在其它情况下，尚未详细描述众所周知的方法、程序、组件、电路和网络，以免不必要地混淆实施例的专利技术性方面。
[0020]注意，如本文中所使用，术语偏移用于指代摄像机和检测器在扫描仪主体(例如，壳体)内的相对位置，而术语移位用于描述传感器相对于摄像机的光轴或幻灯片相对于投影仪的光轴的位置。
[0021]图1展示包含投影仪114的3D扫描仪100的正视图，所述投影仪将一个或多个非编码元素投影到待测量的物体上。在一些实施例中，一个或多个非编码元素为光的非编码图案(即，包括一个或多个非编码元素的光的非编码图案)的部分。3D扫描仪100包含三个摄像机(第一摄像机102、第二摄像机106和第三摄像机110)。在一些实施例中，使用少于三个摄
像机。举例来说，在一些实施例中，使用两个摄像机。在其它实施例中，仅使用一个摄像机。在一些实施例中，使用多于三个摄像机(例如，四个摄像机、五个摄像机)。第一摄像机102包含第一传感器104，第二摄像机106包含第二传感器108，且第三摄像机110包含第三传感器112。
[0022]在一些实施例中，三个摄像机用于捕获从物体反射的光的非编码图案。在一些实施例中，光的非编码图案包含结构光图案，例如线或其它重复元素。术语非编码图案意指此类线或重复元素缺乏允许在所捕获图像中识别图案的特定元素的个别独特特性。在一些实施例中，使用两个或更多个摄像机来识别在所述两个或更多个摄像机中的每一者的图像中所记录的特定元素(例如，线)。在一些实施例中，非编码图案具有简单元素集合(例如，线、点、小条)，所述简单元素在至少第一方向(例如，x方向、y方向)上具有相对较小尺寸。这些简单元素的个别特征并不足够突出以通过从不足够接近投影仪114的单个摄像机获取的图像来识别元素。
[0023]第一摄像机102、第二摄像机106和第三摄像机110中的每一者记录由投影仪114发射且从待测量的物体反射的光的图像数据，且将所述图像数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种系统，其包括：投影仪，其配置成将多个非编码元素投影到物体上，所述投影仪具有第一光轴；第一摄像机，其包括第一透镜和第一传感器，其中所述第一透镜将所述多个非编码元素的第一部分的反射聚焦到所述第一传感器上，且其中所述第一透镜限定第二光轴；以及第二摄像机，其包括第二透镜和第二传感器，其中所述第二透镜将所述多个非编码元素的第二部分的反射聚焦到所述第二传感器上，且其中所述第二透镜限定第三光轴，其中：所述投影仪、所述第一摄像机和所述第二摄像机在第一方向上彼此偏移，所述第一光轴基本上平行于所述第二光轴，所述第二光轴基本上平行于所述第三光轴，所述第一传感器的中心沿着所述第一方向远离所述第二光轴移位，且所述第二传感器的中心沿着所述第一方向远离所述第三光轴移位。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述投影仪、所述第一摄像机和所述第二摄像机在所述第一方向上安置于基本上直线上。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述投影仪定位于所述基本上直线的第一末端处，且其中所述第一摄像机和所述第二摄像机在所述投影仪的一侧上沿着所述第一方向定位于所述基本上直线上。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一摄像机的景深与所述第二摄像机的景深基本上相同。5.根据权利要求1所述的系统，其中沿着所述第一方向移位的所述第二传感器的所述中心提供来自所述第二摄像机的所述物体的相对于所述第三光轴不对称的视野。6.根据权利要求5所述的系统，其中所述多个非编码元素投影到所述物体上所经由的所述投影仪的视野、来自所述第一摄像机的所述物体的视野和来自所述第二摄像机的所述物体的视野配置成重叠。7.根据权利要求6所述的系统，其中来自所述第一摄像机的所述物体的所述视野大于所述投影仪的所述视野。8.根据权利要求2所述的系统，其进一步包括：第三摄像机，其具有第三透镜和第三传感器，其中：所述第三透镜将所述多个非编码元素的第三部分的反射聚焦到所述第三传感器上，所述第三透镜限定第四光轴，所述投影仪定位于所述基本上直线的第一末端处，所述第一摄像机、所述第二摄像机和所述第三摄像机在所述投影仪的一侧上沿着所述第一方向定位于所述基本上直线上，沿着所述第一方向移位的所述第二传感器的所述中心提供来自所述第二摄像机的所述物体的相对于所述第三光轴不对称的视野，且所述多个非编码元素投影到所述物体上所经由的所述投影仪的视野、来自所述第一摄像机的所述物体的视野和来自所述第二摄像机的所述物体的视野配置成重叠。9.根据权利要求8所述的系统，其中来自所述第三摄像机的所述物体的所述视野小于来自所述第二摄像机的所述物体的所述视野。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述投影仪包括沿着所述第一方向远离所述第一光轴移位的幻灯片，且所述多个非编码元素投影于所述物体上所经由的所述投影仪的视野相对于所述第一光轴不对称。11.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括将所述第一摄像机机械地耦接到所述第二摄像机的机械支撑件。12.根据权利要求11所述的系统，其中所述机械支撑件包括上面安置有所述第一传感器和所述第二传感器的印刷电路板。13.根据权利要求11所述的系统，其中所述机械支撑件配置成稳定所述第一传感器与所述第二传感器之间的温度。14.根据权利要求11所述的系统，其进一步包括配置成机械地耦接所述投影仪、所述第一摄像机和所述第二摄像机的光学固持器。15.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一传感器包括配置成从所述物体接收不同波长的反射光的彩色传感器。16.根据权利要求15所述的系统，其中来自所述物体的不同波长的所述反射光提供所述物体的纹理...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：阿泰克欧洲公司，
类型：发明
国别省市：