[发明专利]一种三维扫描系统及其扫描方法

说明书

本发明涉及一种三维扫描系统，用于获取被测物体的三维条纹点云数据，其包括：光源，用于在所述被测物体先后交替投射多个散斑图案及条纹图案。左、右相机，用于同步采集所述被测物体的左、右散斑图像及左、右条纹图像。散斑数据及标志点数据重构模组，用于根据所述散斑图像得到散斑三维数据及标志点三维数据。条纹匹配模块，用于根据所述散斑三维数据及标志点三维数据反投影到左、右条纹图像并指导左、右条纹图像条纹进行匹配。三维重构模块，用于将左、右条纹图像匹配好的对应条纹，重建为三维条纹点云数据。本发明还提供一种三维扫描系统的扫描方法。

技术领域

本发明涉及一种三维扫描系统及扫描方法，尤其涉及一种用于手持多条纹三维扫描系统的三维数字成像传感器、三维扫描系统及扫描方法。

背景技术

三维数字化技术是近年来国际上活跃研究的一个新兴交叉学科领域，被广泛的应用到逆向工程、文物保护、工业检测及虚拟现实等诸多领域。而手持便携式三维扫描仪以其便捷性，灵活性的优点在三维扫描领域被广泛应用。现有手持式三维扫描仪的原理主要是基于结构光的主动立体视觉方式，结构光的模式可以有多种，如红外激光散斑、DLP(DigitalLightProcessing)投影散斑、DLP投影的模拟激光条纹、激光条纹等。这些结构光模式中以DLP投影的模拟激光条纹，激光条纹为结构光的手持三维扫描仪的精度最高、扫描细节最好。

以DLP投影的模拟激光条纹，激光条纹为结构光为例的基本工作流程是：

(1)对投射的条纹进行平面拟合；

(2)根据采集到的条纹图进行标志点提取及条纹中心提取；

(3)对条纹中心进行连通域分割，根据平面方程对左右相机图像上的条纹进行对应点匹配；

(4)利用两相机的极线约束关系查找左右相机图像上对应的标志点中心；

(5)根据扫描系统的标定参数，采用三维重建算法对已经匹配好的对应条纹及对应标志点中心进行三维重建；

(6)标志点拼接及条纹三维点旋转平移实现手持三维扫描。

然而，该扫描过程中左右相机图像上的对应条纹匹配主要是基于光平面或条纹平面方程的指导，该方法在条纹数量大于15的时候左右相机图像上的对应条纹的匹配错误率将显著提高，进而增加噪声，降低扫描数据的准确性。当条纹数量小于15时，扫描效率得不到有效提高。故而在固有的扫描帧率限制下提高扫描效率的有效方法是增加条纹数量同时提高条纹匹配的准确性。另外，该扫描的拼接需要标志点实现，两两帧之间需要一定数量的公共标志点，需要贴满整个扫描模型。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种手持多条纹三维扫描系统及其扫描方法，以解决现有手持三维扫描系统无法兼顾高扫描效率和高扫描数据准确性的问题，同时在扫描过程中无需标志点进行拼接。

一种三维扫描系统，用于获取被测物体的三维条纹点云数据，其包括：光源，用于在所述被测物体先后交替投射多个散斑图案及条纹图案。左、右相机，用于同步采集所述被测物体的左、右散斑图像及左、右条纹图像。散斑数据及标志点数据重构模组，用于根据所述散斑图像得到散斑三维数据及标志点三维数据。条纹匹配模块，用于根据所述散斑三维数据及标志点三维数据反投影到左、右条纹图像并指导左、右条纹图像条纹进行匹配。三维重构模块，用于将左、右条纹图像匹配好的对应条纹，重建为三维条纹点云数据。

所述条纹图案为自然光条纹图案。

所述条纹图案中的条纹条数大于15。

所述三维扫描系统为手持式三维扫描系统。

所述三维扫描系统进一步包括散斑拼接模块，用于利用前后两帧散斑数据公共区域的点云进行ICP拼接，计算出两帧之间的旋转平移矩阵R、T。