[发明专利]三维扫描装置

说明书

技术领域

本发明涉及三维信息技术领域，特别涉及一种基于单光子传感器的三维扫描装置。

背景技术

随着信息通信技术的发展，获取图像的方法不仅仅限于使用各种摄像机、照相机等只能得到物体的平面图像，即物体的二维信息的图像扫描手段。在许多领域，需要获得物体的三维信息。三维扫描用于创建物体几何表面，是实现三维信息数字化的一种极为有效的工具。三维扫描的扫描点可用来插补成物体的表面形状，越密集的点越可以创建更精确的模型。三维扫描仪可模拟为照相机，它们的视线范围都体现圆锥状，信息的搜集皆限定在一定的范围内。两者不同之处在于相机所抓取的是颜色信息，而三维扫描仪测量的是距离。

三维扫描属于非接触式测量，主要分两类。一类是被动方式，就是不需要特定的光源，完全依靠物体所处的自然光条件进行扫描，常采用双目技术，但是精度低，只能扫描出有几何特征的物体，不能满足很多领域的要求。另一类是主动方式，就是向物体投射特定的光，其中代表技术为激光线式的扫描，精度比较高，但是由于每次只能投射一条光线，所以扫描速度慢。

因此，有必要提供一种能够高速、高精度进行三维扫描的装置。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种扫描速度快、精度高且结构简便的三维扫描装置。

为达成上述目的，本发明提供一种三维扫描装置，包括单光子传感器，其向被照物表面各点发出特定波长和特定相位的单光子的发射激光并接收所述发射激光被所述被照物反射后的反射激光；以及处理单元，根据所述被照物表面每一点的二维坐标信息、每一所述发射激光与其反射后的所述反射激光的相位差计算出所述被照物表面每一点的三维坐标信息，以得到所述被照物的三维轮廓信息。

优选的，所述单光子传感器包括：单光子激光光源，用于发出所述特定波长和特定相位的单光子的发射激光；分束器，用于使所述发射激光以水平方向入射至被照物上，以及接收所述发射激光被所述被照物反射后的反射激光；以及单光子接收器，与所述分束器位于同一水平线上，用于接收来自所述分束器的所述反射激光。

优选的，所述单光子传感器被一驱动机构移动以使所述发射激光遍历所述被照物的表面。

优选的，所述处理单元包括：计算模块，其根据每一所述发射激光与其反射后的所述反射激光的相位差计算出该发射激光的传播距离以得到所述被照物对应点的景深信息；存储模块，存储所述被照物每一点的景深信息及所述被照物每一点的二维坐标信息。

优选的，所述被照物每一点的二维坐标信息由接收经该点反射的反射激光的单光子接收器的二维坐标信息获得。

本发明还提供了一种三维扫描方法，包括以下步骤：

S1：向被照物表面各点发出特定波长和特定相位的单光子的发射激光并接收所述发射激光被所述被照物反射后的反射激光；

S2：根据所述被照物表面每一点的二维坐标信息、每一所述发射激光与其反射后的所述反射激光的相位差计算出所述被照物每一点的三维坐标信息，以得到所述被照物的三维轮廓信息。

优选的，步骤S1包括：向所述被照物的各点分别发出所述发射激光；使每一所述发射激光以水平方向入射至所述被照物上；以及接收每一所述发射激光被所述被照物反射后的反射激光。

优选的，通过在不同位置将所述发射激光以水平方向入射所述被照物以使各所述发射激光遍历所述被照物的表面。

优选的，步骤S2包括：根据每一所述发射激光与其反射后的所述反射激光的相位差计算出该发射激光的传播距离以得到所述被照物对应点的景深信息；以及根据所述被照物每一点的二维坐标、所述被照物每一点的景深信息计算出所述被照物每一点的三维坐标信息。

优选的，所述被照物每一点的二维坐标由入射至该点的所述发射激光的二维坐标信息获得。

相较于现有技术，本发明的三维扫描装置利用发射单光子光与反射单光子光的相位差别，形成被照物表面的三维轮廓图像，具有速度快、精度高，且结构简便的优势。

附图说明

图1所示为本发明一实施例的三维扫描装置的示意图；

图2所示为本发明一实施例的三维扫描装置处理单元的方块图；

图3所示为本发明一实施例的三维扫描方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。