[发明专利]桌面式3D扫描仪

摘要

本发明公开了一种桌面式3D扫描仪，包括信息采集部和信息处理部，其中，信息采集部结构简洁，容易制造，成本较低，易于普及，具有良好的应用前景；信息处理部将传统的三角测距法与现代常见的CMOS相结合，利用线性激光器和电动转台的搭配，通过后期精密的数据处理，实现了在短时间内对测量对象的近距离、高精度的激光测距，相比于景深相机式的扫描仪有着更高的扫描精度，为用户提供了良好的3D扫描体验。

主权项

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，所述信息采集部包括：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)，所述CMOS图像采集器(14)通过立支撑(16)安装在底座(11)上，所述电动转台(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，所述线性激光器(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；所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，所述放大倍数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lbo：(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lbo：lbo=lbe1-xnlbc;]]>(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：h=yn1-xnlbc]]>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＝lab‑lboθ＝ωtz＝h式中，ω为电动转台(15)的转动角速度，t为电动转台(15)的转动时间；(3)至此，信息处理部将采集到的图像信号完全转换成了3D模型。