[实用新型]微型三维扫描装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学测量领域，具体涉及一种微型三维扫描装置。

背景技术

结构光三维测量方法的基本原理是三角法，比如线激光测量方法，用激光投射出的光线在空间呈一个光平面，投射到物体表面的激光线受物体高度发生调制变形，变形曲线上的点映射进摄像机，该点与光平面之间形成几何三角关系，利用标定的系统参数实现被测物体的三维测量。基于激光的方法主要缺点是测量速度慢，每次只能实现一条线的数据测量。

基于面结构光模式的方法原理上类似于线激光结构光方法，不同之处在于投射器投影面结构光每次可实现整面数据的测量。根据编解码实现方式不同，可分为空间维编码和时间维编码。空间维编码是根据一幅图像内邻近像素编码信息实现整幅图像正确解码，进而实现被测物体的三维形貌测量。该类方法一般仅需一幅图像即可实现被测物体三维形貌的恢复，具有动态测量的应用前景，但是，该方法测量精度有限。基于时间维的结构光编码是研究较为广泛的方法，1989年Besl提出的格雷码方法是较早的时间维编码，该编码被认为是变形的二进制编码，码词的准确性和稳定性高于二进制编码。

双目立体三维测量方法是三维测量技术里的另外一大类方法，该方法原理上模拟人的双眼实现被测物体的测量，对两个相机里采集到的同一个物体的二维图像匹配对应，利用图像坐标的差异实现三维测量，又称之为视差法。传统的立体视觉测量方法是仅利用两个相机来实现空间物体的三维测量，利用匹配技术实现两幅图像的匹配对应，该种实现方法不受环境、物体纹理、光照、视场等条件的约束，但这种仅依靠不同视角图像灰度信息的匹配较为困难。目前，研究较广的立体视觉测量技术是指改进型的视觉测量方法，在两个相机的基础上增加一个光源投射装置，投射一些编码图案信息，通过对采集到的图像编码、分析和识别，实现两个相机图像的匹配，投射的图案类似于结构光测量方法中的图案，但又有所区别：在立体视觉测量方法中，投射的图案仅作为两幅图像的匹配，只要满足在图像空间内具有唯一性或在图像的一维方向上具有唯一性即可，其编码图案包含结构光测量中的结构光图案。

本发明是基于结构光的双目立体三维测量技术，由于现代技术的发展，小型化的投影仪已经出现，故采用新技术的微型三维扫描装置已成为可能。

发明内容

本实用新型提供一种微型三维扫描装置，用于空间受限场所对复杂面形的快速、高精度三维采集和测量。具体的技术方案为：

1、一种微型三维扫描装置，其持征在于，包括：投影仪，所述投影仪通过投影镜头将结构光图像照射到被测物体上；光学相机，所述光学相机通过成像镜头获取被测物体表面的形貌信息；所述光学相机到所述被测物体的光程为a，所述投影仪到到所述被测物体的光程为b，其中a≠b，比值a:b为1:200至200:1。在一些实施方式中，a为1-200mm，例如2-150mm、3-120mm、4-100mm、5-80mm、6-60mm、8-50mm、10-40mm、约20mm、30mm等；b为1-200mm，例如2-150mm、3-120mm、4-100mm、5-80mm、6-60mm、8-50mm、10-40mm、约20mm、30mm等；比值a:b为1:150至150:1、1:120至120:1、1:100至100:1、1:80至80:1、1:60至60:1、1:40至40:1、1:20至20:1、1:10至10:1、1:8至8:1、1:6至6:1、1:4至4:1、1:2至2:1、1.5:1至1:1.5、或1:1.2至1.2:1等；上位机，所述上位机同时与所述投影仪和所述光学相机通过有线或无线的方式连接。所述上位机是指可以直接发出操控命令用于操控所述三维扫描装置的计算机。

2、如技术方案1所述的微型三维扫描装置，其特征在于，所述投影仪的光轴与所述光学相机的光轴之间的夹角为5°至90°。在一些实施方式中，所述夹角为6°至80°、7°至70°、8°至60°、9°至50°、10°至40°、15°至30°、约20°、约25°、约35°、或约45°等。

3、如上述任一项技术方案所述的微型三维扫描装置，其特征在于，所述投影仪与所述光学相机之间的基线距离为3-200mm。在一些实施方式中，所述基线距离为4-180mm、5-160mm、6-150mm、7-140mm、8-130mm、9-120mm、10-110mm、11-100mm、12-90mm、13-80mm、14-70mm、15-60mm、16-50mm、17-40mm、18-30mm、19-25mm、或约20mm等。