[发明专利]一种三维扫描系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于三维扫描技术领域，尤其涉及一种三维扫描系统及方法。

背景技术

三维扫描技术发展迅速，目前已应用到工业检测、设计、动漫及电影特效制作、3D展示、虚拟手术、反求工程等诸多领域和行业。

从现有的三维扫描技术手段来看，以激光三维扫描和基于投影仪的结构光三维扫描技术为主。激光三维扫描系统通过投射激光线或者点阵，用摄像头捕捉投射的激光特征，通过三角测量恢复物体的三维深度信息，这种逐点和逐线的扫描方式的主要缺点是速度慢；在基于投影仪的结构光三维扫描系统中，其通过结构光编码技术，实现物体整个面的一次性测量，具有速度快和精度高的明显优势，因而基于投影的结构光三维扫描技术已成为目前的主流技术手段。

然而，现有的基于投影仪的结构光三维扫描技术，其单次扫描只能获取一个角度的物体三维信息，要实现完整的物体扫描，需要移动扫描装置或者使用三套或以上的三维扫描装置，拍摄多个角度的物体三维信息，为了实现多角度获取的三维数据的配准，现有技术手段主要是采用在物体表面粘贴标记点的方法，通过这些人为的标记点来实现多角度三维数据的配准和融合，这样的操作带来的主要问题：1）粘贴标记费时费力，操作繁琐；2）如果粘贴的标记位置不理想，可能导致配准失败；3）粘贴标记出的三维数据的缺失，往往通过后期的空洞填充来人为修补。

另外，对于人体目标，使用三套或以上的三维扫描装置，分别从人体的不同侧面进行同步扫描，由于扫描是同时进行的，因而三维扫描装置的投影机投射的条纹可能产生混淆，从而影响了相机的拍摄和后期的三维重建。

发明内容

本发明实施例提供了一种三维扫描系统及方法，旨在解决现有技术提供的三维扫描系统，由于扫描是同时进行的，因而三维扫描装置的投影机投射的条纹可能产生混淆，从而影响了相机的拍摄和后期的三维重建的问题。

一方面，提供一种三维扫描系统，所述系统包括：三维扫描设备和控制设备；

所述三维扫描设备包括至少3套三维扫描装置；

所述至少3套三维扫描装置均匀的摆放于待扫描物体的周围，根据扫描范围确定所述三维扫描装置距离所述待扫描物体的距离；

每套三维扫描装置的摄影机镜头和相机镜头均加装有预设波段的窄带滤光片，用于在控制设备的控制下，从不同的角度进行三维扫描，得到所述待扫描物体的至少3个不同角度的二维条纹图像；

所述控制设备包括：

第一三维数据获取单元，用于对所述待扫描物体的至少3个不同角度的二维条纹图像进行处理，得到所述待扫描物体的至少3个不同角度的三维数据；

三维模型获取单元，用于将所述待扫描物体的至少3个不同角度的三维数据变换至同一坐标系下进行融合，得到所述待扫描物体的完整三维模型。

进一步地，所述控制设备还包括：

空间坐标系变换矩阵获取单元，用于获取各个三维扫描装置之间的空间坐标系变换矩阵。

进一步地，所述空间坐标系变换矩阵获取单元包括：

第二三维数据获取模块，用于控制所述至少3套三维扫描装置对辅助物体进行三维扫描，得到所述辅助物体的至少3个不同角度的三维数据；

配准模块，用于对所述辅助物体的至少3个不同角度的三维数据进行配准，得到所述辅助物体的至少3个不同角度的三维数据之间的空间坐标系变换矩阵；

所述辅助物体的至少3个不同角度的三维数据之间存在两两重叠面。

进一步地，所述三维模型获取单元根据所述空间坐标系变换矩阵获取的空间坐标系变换矩阵将所述待扫描物体的至少3个不同角度的三维数据变换至同一坐标系下。

进一步地，所述辅助物体是正三棱锥或其它规则几何物体。

再一方面，提供一种三维扫描方法，所述方法包括：

控制设备控制三维扫描设备中的至少3套三维扫描装置从不同的角度进行三维扫描，得到待扫描物体的至少3个不同角度的二维条纹图像；

控制设备对所述待扫描物体的至少3个不同角度的二维条纹图像进行处理，得到所述待扫描物体的至少3个不同角度的三维数据；

控制设备将所述待扫描物体的至少3个不同角度的三维数据变换至同一坐标系下进行融合，得到所述待扫描物体的完整三维模型。

进一步地，在所述控制设备将所述待扫描物体的至少3个不同角度的三维数据变换至同一坐标系下进行融合，得到所述待扫描物体的完整三维模型之前，还包括：

控制设备获取各个三维扫描装置之间的空间坐标系变换矩阵。