[发明专利]桌面式3D扫描仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种3D扫描仪，具体涉及一种桌面式3D扫描仪，用于一定尺寸物品的3D模型的构建和相关参数的测量，属于逆向工程领域。

背景技术

3D扫描技术是通过相关扫描设备获取一个实物的3D模型的一种新型技术。随着技术的进步，以3D打印为代表的3D技术正蓬勃发展，并逐步走进我们的生活。3D扫描作为与之相关且一定程度上为之提供基础的一种技术，在未来必将有着广阔的前景。

目前市面上存在的3D扫描设备面向的客户一般是企业或学校，虽然精度高，但成本和造价也非常高，这必然会影响3D扫描这一本应造福于人类的技术的推广。

随着家用级3D打印机的问世，社会对与之对应的家用级3D扫描仪必将有强烈的需求。

目前市场上尽管有一些适合家用的利用景深像机来实现3D扫描的设备，例如基于微软Kinect的3D扫描设备，但此种3D扫描设备存在着扫描精度较低的问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种桌面式3D扫描仪，其不仅扫描精度高，而且成本低。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种桌面式3D扫描仪，包括：信息采集部和信息处理部，其特征在于，

前述信息采集部包括：底座(11)、CMOS图像采集器(14)、电动转台(15)和两个线性激光器(12、13)，前述CMOS图像采集器(14)通过立支撑(16)安装在底座(11)上，前述电动转台(15)位于CMOS图像采集器(14)的正前方，通过转台支撑(17)安装在底座(11)上，并由步进电机(18)驱动在水平面上转动，前述线性激光器(12、13)与CMOS图像采集器(14)位于同一水平面上，并且对称分布在CMOS图像采集器(14)的轴线的两侧，两个线性激光器(12、13)打出的红外一字线相交叉，交叉线与电动转台(15)的轴线重合；

线性激光器(12、13)打出的红外一字线标定待扫描物体上的点，信号经过850nm窄带滤光片由CMOS图像采集器(14)进行信息采集，在电动转台(15)旋转一周的过程中，CMOS图像采集器(14)恰好能够完成物体表面所有点的信息采集工作，采集到的全部图像信号由USB接口传输到信息处理部进行储存等待处理。

前述的桌面式3D扫描仪，其特征在于，前述信息处理部利用虚拟坐标将采集到的图像信号转换为3D模型，具体的转换过程为：

一、构建直角三角形ABC：

(1)将CMOS图像采集器(14)的镜头中心记为点C；

(2)在电动转台(15)的轴线上取一点并记为点A，点A与点C等高，直线AC方向的光线垂直入射CMOS图像采集器(14)；

(3)在水平面上过点C作直线AC的垂线BC，垂线BC与线性激光器(12)打出的红外一字线或红外一字线的反向延长线相交于点B；

(4)点A、点B、点C构成直角三角形ABC；

二、构建参考面：

(1)在线段AB处于CMOS图像采集器(14)视场内的部分上取除点A外任意一点并记为点E，经过点E做直线AC的垂线EF，垂线EF与直线AC相交于点F；

(2)经过线段EF取垂直于平面ABC的平面作为参考面；

三、确定相关参数：

(1)测量EF距离、BE距离、BC距离、AB距离；

(2)计算放大倍数n，前述放大倍数n是指实物在参考面上的实际物理长度与所成像的像素点数目的比值；

四、计算物点的相对高度h、相对水平距离l_bo：

(1)标记点E所对应的像点为点E’，实物表面的物点点O’所对应的像点为点O”，点O”相对点E’的相对坐标为(x，y)；

(2)令点O’在平面ABC上的投影为点O，根据三角形OED与三角形OBC相似，计算OB距离l_bo：

(3)连接点O’与点C，线段O’C交参考面于点D’，线段O’C在水平面ABC的投影交线段EF于点D，连接点D’与点D，根据三角形D’DC与三角形O’OC相似，求线段O’O的长度h：

五、建立柱坐标系并确定柱坐标参数：

(1)以点A为原点，过点A做垂直于平面ABC的直线，记该直线为z轴，以直线AC为x轴建立柱坐标系；

(2)柱坐标参数r、θ、z分别为：

r＝l_ab-l_bo

θ＝ωt

z＝h