[实用新型]一种基于光柵扫描的物体数字化三维重建装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于光柵扫描的物体数字化三维重建装置。 

背景技术

实物外观数码化技术在很多领域都有广泛的应用。例如在我们熟知的数字博物馆概念中，虚拟的艺术品宝藏将被呈现在数字网络世界中，使普通观众能够在家中或者在家附近就能体验同等甚至更深刻的艺术欣赏，得到展馆更人性化的服务，而不受时间与空间乃至个人经济条件的客观限制。同时实物数码化技术在电脑游戏，数字电影，物理仿真，社交网络，汽车，文化纪念品，家居装饰品等产业都将有极大的应用潜力。数字化三维建模技术应用前景十分广阔，可以说深入到我们生活的方方面面，现有的可以用二维图片展示的地方，以后都会被数字化三维模型展示所取代。随着3D打印在全世界范围的风靡及3D打印机的家庭化，数字化三维建模技术作为3D打印的上游行业必将迅速发展。我们正面临着一个从二维图像到三维大数据的历史时代。 

目前国内外三维重建系统大致分为以下三类：第一类三维重建系统是通过相机成像模型，从二维图像中计算出物体的三维结构。这一类的方法成本较低，但是重建结果易受到其他因素的影响。第二类是利用精密的硬件设备，如激光扫描仪、结构光、深度扫描仪(Range Scanner)等，直接测量出物体表面点的三维坐标。这类方法由于是直接对三维物体的空间信息进行处理，因此精度较高。但是这类方法需要较为复杂的并且成本十分高昂的硬件设备，包括激光扫描装置、数据存储设备等，从而极大地限制了该技术的使用及适用场合。目前国际上比较成熟的三维重建系统主要有： 

Faugeras等人完成的利用经典的分层重建、自定标方法直接从图像序列中重建建筑物的三维重建系统。该系统考虑了建筑物的特殊性，利用了建筑物上的三维坐标已知点(Anchor Points)、己知角度或平行线等物理信息来标定摄像机，并利用多面体来表示被重建场景。该系统主要用于为CAD/CAM等建模系统提供原始的几何模型。

法国INRIA的Bougnoux等人开发的TotalCalib系统。该系统需要半手工的完成图像的匹配，摄像机定标以及三维重建，以获得较好的重建结果。 

比利时的K.U.Leuven大学的Pollefeys等人开发的物体三维表面自动生成系统，利用了可变参数下的摄像机自定标技术。该系统仅要求用户利用手持摄像机围绕要重建的物体拍摄一系列的图像，通过对图像对应点的密集匹配，即可自动的实现摄像机的自定标和分层重建。此系统在欧洲的考古学、文物保护等领域得到了成功的应用。 

英国剑桥大学计算机视觉研究组开发的PhotoBuilder三维重建系统。该系统需要手工指定空间中三组正交平行线在图像中的“消失点”来标定摄像机的内参数。其适用的范围较窄，自动化程度不高。 

对于以上的扫描设备和方法，工业设计中的一般流程为设计师或工程师利用3D制图软件设计产品或零件图纸，之后由3D外观几何数据转化并制造模具，最后由模具注塑成产品外壳或单个零部件。这种技术是利用以上的扫描仪对实物表面在一定的光照条件下进行长时间逐点扫描，之后扫描数据要通过有经验的专业人员进行大量平滑，曲面绘制等等繁重的重建工作而最终得到物体外形的3D几何数据。这种技术多用于对成品的3D 质量检测，帮助设计师或工程师进行修改，还可以依靠研究竞争对手产品外观而进行逆向设计。但是尤其对于艺术品和文物的重建，该技术主要有以下5点不足之处： 

1.目前的扫描仪多为进口产品，提供此项服务的人员只是使用者，而非技术的专业人员，不能解决采集过程和结果中出现的实际问题；

2.扫描的时间长，外部环境的变化会引起结果的不稳定；

3.采集过程需要在物体上标定特征点，此接触式的扫描方法，不适合处理珍贵的文物；

4.需要大量繁重的人工后期处理，不仅在重建结果中引入了人为不确定因素，而且大大增加了时间和人工成本；

5.镭射扫描仪价格昂贵，而且没有颜色信息。颜色需要后期手工渲染；最重要的是，这种方法采集和重建的结果没有物体材料的质感信息，而只是外观几何信息。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种实现“一键式”全自动扫描，无线人工后期处理，自动生成颜色贴图的基于光柵扫描的物体数字化三维重建装置。 

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于光柵扫描的物体数字化三维重建装置，包括支撑台、可水平自转360度的置物台、光栅投影仪、照明设备和至少5个相机； 

所述支撑台用于支撑和固定置物台、光栅投影仪、照明设备和至少5个相机；