[发明专利]一种3D空间扫描成像系统及其成像方法

说明书

本发明属于扫描技术领域，特别是涉及一种3D空间扫描成像系统及其成像方法。本发明提出一种3D空间扫描成像系统及其成像方法，根据光的干涉原理测量出被测物体各点到光源的3D空间距离，并根据这些点的坐标生成3D图像，即利用测量装置向被测物体发射两束相同频率的单色光源，该两束光源在相遇时会产生明亮相间的干涉条纹，同时以一定的角度转动，在被测物体表面会产生干涉条纹亮度远大于非物体表面亮度，检测到亮度大于一定阀值时，此时记录下两束光源的角度，因为两束光源的距离是固定已知的，根据三角函数即可计算出被测物体与测量装置的距离，最终形成物体的3D图像。

技术领域

本发明属于扫描技术领域，特别是涉及一种3D空间扫描成像系统及其成像方法。

背景技术

三维扫描的基本定义是通过一定方法获取被扫描物体的几何构造和表面图像。目前三维扫描的方法较多，而三维扫描应用的领域有：（1）逆向工程。通过三维扫描获取物品三维信息，然后输入到软件中进行修改，完善，最后得到精确的三维模型。（2）产品检测。三维扫描被应用于生产线上，检测产品的形状，控制产品的质量。（3）生物医疗领域。例如牙齿矫正，器官复制等。（4）考古领域。例如文物复制。

三维扫描的发展，使得之前从草稿画起的三维建模过程大大加速，缩短了对现实物品建模的周期，简化了工业，医疗以及其他相关产业的设计开发过程。三维扫描技术在近几年来逐渐从工业设计、生物医药、数字文物典藏等领域走入日常生活中,利用简单设备获取较高质量三维模型的三维扫描系统不断涌现。

目前3D空间扫描成像方法采用一种三维结构光扫描技术，即利用结构光技术、相位测量技术、计算机视觉技术的复合三维非接触式测量技术。测量时通过光栅投影装置投影数幅特定编码的结构光到待测物体上，成一定夹角的两个摄像头同步采得相应图像，然后对图像进行解码和相位计算，并利用匹配技术、三角形测量原理，解算出两个照相机公共视区内像素点的三维坐标。其具有以下缺陷与不足：精度不高：测量精度在1mm以上；测量距离短：测量的距离短，小于3m；测量范围小：测量的物体体积小于：长宽高1m*1m*1m；测量效率低：成像时间为5s/m²；成本高：由于采用了线阵相机，价格昂贵。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种3D空间扫描成像系统及其成像方法，根据光的干涉原理测量出被测物体各点到光源的3D空间距离，并根据这些点的坐标生成3D图像，即利用测量装置向被测物体发射两束相同频率的单色光源，该两束光源在相遇时会产生明亮相间的干涉条纹，同时以一定的角度转动，在被测物体表面会产生干涉条纹亮度远大于非物体表面亮度，检测到亮度大于一定阀值时，此时记录下两束光源的角度，因为两束光源的距离是固定已知的，根据三角函数即可计算出被测物体与测量装置的距离，最终形成物体的3D图像。

本发明的具体技术方案为：

一种3D空间扫描成像系统，所述的3D空间扫描成像系统包括单色激光发射装置、同频光源分光装置、光束方向扫描装置、光强检测装置、实时计算处理单元，其中：

所述的单色激光发射装置采用单线性、高精度的线性光源，其线体光束直径为0.1mm；

所述的同频光源分光装置设置在单色激光发射装置的发射端前方，将单色线性激光一分为二，得到两束同频光束；

所述的光束方向扫描装置设置在分离原始光束前方20MM处，与原始光斑成75度平角，约93MM距离处，使分出的同频光束以设定的频率在1-90度之间来回谐波摆动；

所述的光强检测装置设置在两个同频光束扫描中间处，与原始光束约18MM-25MM处，其对物体表面出现的强光斑（光强≥500LUX）进行光强检测；

所述的实时计算处理单元与光强检测装置相连，对光强检测装置检测到的数据进行处理。

作为优选，进一步，所述的单色激光发射装置采用单色绿光或红光。