[发明专利]一种桌面式高自由度激光三维扫描装置

权利要求书

1.一种桌面式高自由度激光三维扫描装置，其特征在于，包括光学探测模块(1)、电子罗盘(2)和定位底座(3)；其中，

所述光学探测模块(1)，用于探测被测物体的物理坐标，并将光学图像信息转换为光学坐标信息；

所述电子罗盘(2)，用于测量光学探测模块(1)的倾斜角度和偏转角度，以确定扫描的方向；

所述定位底座(3)，用于测量该扫描装置的位移和方向，实现对扫描装置的实时定位；

工作时，光学图像信息、扫描角度信息和位移信息分别由光学探测模块(1)、电子罗盘(2)和定位底座(3)同步传输到计算机；计算机首先将光学图像信息转换为一系列光学坐标(y_p，z_p)；然后根据电子罗盘(2)的角度信息，对光学坐标信息进行倾斜矫正；最后，通过定位底座(3)的位移信息得到扫描装置移动后的坐标(x，y)，并根据位移的变化对矫正后的光学坐标在二维平面重新定位，得到被测物体的最终的物理坐标。

2.根据权利要求1所述的桌面式高自由度激光三维扫描装置，其特征在于，所述光学探测模块(1)包括线激光发射器(101)、CCD相机(102)和底板(103)；其中，

线激光发射器(101)和CCD相机(102)通过螺栓固定在底板(103)上，底板(103)与定位底座(3)通过阻尼铰链(4)相连；

工作时，线激光发射器(101)将线激光投射在被测物体上，CCD相机(102)获取含有激光条的光学图像，通过光心提取算法提取被测位置的图像像素坐标，然后根据线激光发射器(101)和CCD相机(102)的空间位置关系将像素坐标(u，v)转换为光学坐标(y_p,z_p)。

3.根据权利要求2所述的桌面式高自由度激光三维扫描装置，其特征在于，像素坐标(u，v)与光学坐标(y_p,z_p)的转换关系如式(1)所示：

式(1)中，f是相机焦距，N_x、N_y是像素长度，u₀、v₀是图像坐标系原点的像素位置，r₁～r₉是相机坐标系到光学坐标系的旋转矩阵的参数，t_x、t_y和t_z是相机坐标系到光学坐标系的平移矩阵的参数，即：

4.根据权利要求2所述的桌面式高自由度激光三维扫描装置，其特征在于，所述电子罗盘(3)固定在光学探测模块(1)的底板(103)上，当底板(103)的俯仰角和方向发生变化时，电子罗盘(3)能够检测出底板(103)的俯仰角。

5.根据权利要求1所述的桌面式高自由度激光三维扫描装置，其特征在于，所述定位底座包括发光二极管(301)、图像传感器(302)、数字信号处理器(303)和可手持支架(304)；其中，

工作时，该扫描装置通过可手持支架(304)在平面内自由移动，底部的发光二级管(301)以30度角射向桌面，照射出粗糙的表面，然后再通过平面的折射透过另外一块透镜(305)反馈到图像传感器(302)上；当扫描装置在桌面上自由移动时，图像传感器(302)获得连续的图案，数字信号处理器(303)对每张图片进行前后对比分析处理，判断出移动的位移(x，y)，从而对光学坐标的进行重定位，实现对被测物体的完整的三维测量。