一種基于tof相機(jī)的三維掃描系統(tǒng)及掃描方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種三維掃描儀，更特別地說(shuō)，是指一種基于T0F(Time Of Flight)相機(jī)的無(wú)線控制的桌面式三維掃描系統(tǒng)及其掃描方法。
【背景技術(shù)】
[0002]三維(3D)掃描儀被用在許多應(yīng)用中以產(chǎn)生物體的計(jì)算機(jī)圖像或者追蹤物體或人的運(yùn)動(dòng)。一種獲取目標(biāo)的三維圖像的掃描儀采用主動(dòng)照明，其光源是經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)幅之后由LED陣列或激光二極管產(chǎn)生的近紅外光。該掃描儀發(fā)射出的光線在場(chǎng)景中被物體反射后，被掃描儀的傳感器接收，通過檢測(cè)發(fā)射光線和反射光線的相位差獲得目標(biāo)的每個(gè)像素點(diǎn)的距離信息，并能同時(shí)獲取目標(biāo)的灰度信息。目標(biāo)所有像素的距離信息、像素點(diǎn)的相互關(guān)系以及像素點(diǎn)的灰度信息構(gòu)成了目標(biāo)的3D圖像。對(duì)同一目標(biāo)物體逐次進(jìn)行不同角度的拍攝，將拍攝的圖像拼接，即可得到目標(biāo)完整的3D計(jì)算機(jī)圖像。
[0003]目前，已經(jīng)提出多種桌面3D掃描儀以獲取靜態(tài)物體的3D圖像。桌面3D掃描儀的成像原理為:物體放在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，激光照射到物體表面，相機(jī)拍照提取物體輪廓，生成點(diǎn)云，擬合成曲面，最終形成三維模型。
[0004]雖然現(xiàn)有的桌面掃描儀能夠獲取小目標(biāo)靜態(tài)物體的較為精確的三維圖像。但是，由于物體于旋轉(zhuǎn)臺(tái)上掃描，存在掃描死角，對(duì)獲取的三維圖像拼接之后，三維模型會(huì)出現(xiàn)孔洞，影響成像質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服針對(duì)目前三維掃描的三維模型會(huì)出現(xiàn)孔洞，影響成像質(zhì)量的問題，本發(fā)明提供一種基于T O F相機(jī)的三維掃描系統(tǒng)及掃描方法。
[0006]—方面，本發(fā)明提供了本發(fā)明要解決的技術(shù)問題:克服現(xiàn)有技術(shù)不足，設(shè)計(jì)一種全方位掃描的無(wú)線控制的桌面3D掃描方法。
[0007]一方面，本發(fā)明提供一種基于TOF相機(jī)的桌面三維掃描方法，步驟如下:
[0008](I)TOF三維掃描系統(tǒng)搭建與標(biāo)定；
[0009](2)移動(dòng)終端無(wú)線控制與傳輸；
[0010](3)三維掃描并將數(shù)據(jù)上傳云端拼接。
[0011]進(jìn)一步地，所述步驟(I)中，TOF三維掃描系統(tǒng)搭建與標(biāo)定方法為:
[0012]采用TOF相機(jī)作為三維掃描系統(tǒng)的三維成像裝置；
[0013]采用電機(jī)控制的2個(gè)自由度的三維云臺(tái)作為物體的載體，TOF相機(jī)相對(duì)于三維云臺(tái)的位置固定；
[0014]使用基于黑白棋盤格視覺標(biāo)定方法完成對(duì)TOF相機(jī)內(nèi)外參數(shù)的標(biāo)定分別標(biāo)定三維云臺(tái)兩旋轉(zhuǎn)軸與TOF相機(jī)坐標(biāo)系的相對(duì)位置。
[0015]進(jìn)一步地，所述步驟(2)中，移動(dòng)終端無(wú)線控制與傳輸?shù)闹萌敕椒?
[0016]設(shè)計(jì)電路聯(lián)合控制TOF相機(jī)和三維云臺(tái)，能夠同時(shí)控制云臺(tái)旋轉(zhuǎn)和觸發(fā)相機(jī)拍攝；
[0017]在控制系統(tǒng)中加入無(wú)線傳輸模塊，具體為使用藍(lán)牙；
[0018]在移動(dòng)終端編寫相應(yīng)的程序，實(shí)現(xiàn)與三維掃描儀的匹配，與數(shù)據(jù)傳輸；
[0019]將三維掃描儀的控制程序置入移動(dòng)終端程序中，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端對(duì)三維掃描儀的無(wú)線控制。
[0020]進(jìn)一步地，所述步驟(3)中，三維掃描的方法為:
[0021]將物體固定于三維云臺(tái)上，使用標(biāo)定后的系統(tǒng)對(duì)物體進(jìn)行三維掃描，并記錄數(shù)據(jù)；
[0022]使用移動(dòng)終端控制電機(jī)水平方向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)控制相機(jī)拍攝物體，每隔一定的角度拍攝一次，記錄物體的三維圖像和旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的狀態(tài)信息；
[0023]通過無(wú)線傳輸模塊，將掃描得到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭苿?dòng)終端；
[0024]當(dāng)水平旋轉(zhuǎn)360度之后，控制三維云臺(tái)垂直旋轉(zhuǎn)，同時(shí)進(jìn)行拍攝，直到旋轉(zhuǎn)360度，記錄數(shù)據(jù)。
[0025]進(jìn)一步地，所述步驟(3)中，數(shù)據(jù)上傳云端拼接的方法為:
[0026]在掃描的同時(shí)，移動(dòng)終端將得到的掃描數(shù)據(jù)通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上傳云端；
[0027]掃描完成后，在云端采用最近迭代算法(ICP)對(duì)一次完整掃描的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像拼接；
[0028]將拼接完成得到的物體的完整三維數(shù)據(jù)圖像通過互聯(lián)網(wǎng)下傳到移動(dòng)終端，或者置于用戶的云端空間，在網(wǎng)頁(yè)上進(jìn)行三維展示。
[0029]本發(fā)明還提供一種基于TOF相機(jī)的桌面三維掃描系統(tǒng)，包括:
[0030]成像與標(biāo)定單元，其配置為，用于TOF三維掃描系統(tǒng)的搭建與標(biāo)定；
[0031 ]控制與傳輸單元，其配置為，用于移動(dòng)終端無(wú)線控制與傳輸；
[0032]掃描與上傳單元，其配置為，用于三維掃描并將數(shù)據(jù)上傳云端拼接。
[0033]進(jìn)一步地，所述成像與標(biāo)定單元包括:
[0034]采用TOF相機(jī)作為三維掃描系統(tǒng)的三維成像裝置；
[0035]采用電機(jī)控制的2個(gè)自由度的三維云臺(tái)作為物體的載體，TOF相機(jī)相對(duì)于三維云臺(tái)的位置固定；
[0036]使用基于黑白棋盤格視覺標(biāo)定方法完成對(duì)TOF相機(jī)內(nèi)外參數(shù)的標(biāo)定分別標(biāo)定三維云臺(tái)兩旋轉(zhuǎn)軸與TOF相機(jī)坐標(biāo)系的相對(duì)位置。
[0037]進(jìn)一步地，所述控制與傳輸單元包括:
[0038]設(shè)計(jì)電路聯(lián)合控制TOF相機(jī)和三維云臺(tái)，能夠同時(shí)控制云臺(tái)旋轉(zhuǎn)和觸發(fā)相機(jī)拍攝；
[0039]在控制系統(tǒng)中加入無(wú)線傳輸，具體為使用藍(lán)牙；
[0040]在移動(dòng)終端編寫相應(yīng)的程序，實(shí)現(xiàn)與三維掃描儀的匹配，與數(shù)據(jù)傳輸；
[0041 ]將三維掃描儀的控制程序置入移動(dòng)終端程序中，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端對(duì)三維掃描儀的無(wú)線控制。
[0042]進(jìn)一步地，所述掃描與上傳單元包括:
[0043]將物體固定于三維云臺(tái)上，使用標(biāo)定后的系統(tǒng)對(duì)物體進(jìn)行三維掃描，并記錄數(shù)據(jù)；
[0044]使用移動(dòng)終端控制電機(jī)水平方向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)控制相機(jī)拍攝物體，每隔一定的角度拍攝一次，記錄物體的三維圖像和旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的狀態(tài)信息；
[0045]通過無(wú)線傳輸模塊，將掃描得到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭苿?dòng)終端；
[0046]當(dāng)水平旋轉(zhuǎn)360度之后，控制三維云臺(tái)垂直旋轉(zhuǎn)，同時(shí)進(jìn)行拍攝，直到旋轉(zhuǎn)360度，記錄數(shù)據(jù)。
[0047]進(jìn)一步地，所述掃描與上傳單元還包括:
[0048]在掃描的同時(shí)，移動(dòng)終端將得到的掃描數(shù)據(jù)通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上傳云端；
[0049]掃描完成后，在云端采用最近迭代算法(ICP)對(duì)一次完整掃描的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像拼接；
[0050]將拼接完成得到的物體的完整三維數(shù)據(jù)圖像通過互聯(lián)網(wǎng)下傳到移動(dòng)終端，或者置于用戶的云端空間，在網(wǎng)頁(yè)上進(jìn)行三維展示。
[0051 ]本發(fā)明中基于TOF相機(jī)的三維掃描系統(tǒng)方法，其特點(diǎn)在于特征如下:
[0052](I)搭建三維掃描系統(tǒng)并進(jìn)行標(biāo)定，采用TOF深度相機(jī)采集物體的三維圖像，以云臺(tái)的三維旋轉(zhuǎn)改變物體相對(duì)于相機(jī)的姿態(tài)，獲取物體不同姿態(tài)的三維圖像。
[0053](2)本發(fā)明在掃描儀中置入無(wú)線傳輸模塊，實(shí)現(xiàn)與移動(dòng)終端的匹配和通信，使用移動(dòng)終端控制掃描儀，掃描得到的不同姿態(tài)的三維圖像數(shù)據(jù)通過無(wú)線模塊輸入到移動(dòng)終端。
[0054](3)三維圖像數(shù)據(jù)通過移動(dòng)終端的互聯(lián)網(wǎng)上傳云端，在云端服務(wù)器中對(duì)掃描得到的多幅圖像完成拼接，最后將拼接的圖像儲(chǔ)存于用戶的云端數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0055]本發(fā)明基于時(shí)間飛行相機(jī)的桌面三維掃描方法的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0056]①本發(fā)明采用全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的全方位三維掃描，掃描無(wú)死角，拼接后得到的物體的三維圖像完整，無(wú)孔洞。
[0057]②本發(fā)明設(shè)計(jì)的無(wú)線傳輸模塊，可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端對(duì)掃描儀的控制和通信，無(wú)需計(jì)算機(jī)輔助即可完成自動(dòng)掃描。
[0058]③本發(fā)明采用數(shù)據(jù)上傳云端，在云端對(duì)三維圖像拼接，拼接高效，同時(shí)可極大減少掃描儀端的操作復(fù)雜度和數(shù)據(jù)處理量，使掃描儀輕便、易于操作。
【附圖說(shuō)明】
[0059]構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0060]圖1是一種基于TOF相機(jī)的三維掃描系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意圖；
[0061 ]圖2是一種基于TOF相機(jī)的桌面三維掃描系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0062]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0063]如圖1所示，本發(fā)明一種基于TOF相機(jī)的桌面三維掃描方法的具體步驟如下:
[0064]1、搭建TOF三維掃描平臺(tái)并進(jìn)行標(biāo)定。本發(fā)明采用TOF相機(jī)作為三維掃描系統(tǒng)的三維成像裝置，采用電機(jī)控制的2個(gè)自由度的三維云臺(tái)作為物體的載體，TOF相機(jī)相對(duì)于三維云臺(tái)的位置固定。使用基于黑白棋盤格視覺標(biāo)定方法完成對(duì)TOF相機(jī)內(nèi)外參數(shù)的標(biāo)定。分別標(biāo)定三維云臺(tái)兩旋轉(zhuǎn)軸與TOF相機(jī)坐標(biāo)系的相對(duì)位置。
[0065]2、設(shè)計(jì)電路聯(lián)合控制TOF相機(jī)和三維云臺(tái)，能夠同時(shí)控制云臺(tái)旋轉(zhuǎn)和觸發(fā)相機(jī)拍攝。在控制系統(tǒng)中加入無(wú)線傳輸模塊，具體為使用藍(lán)牙;在移動(dòng)終端編寫相應(yīng)的程序，實(shí)現(xiàn)與三維掃描儀的匹配，與數(shù)據(jù)傳輸。將三維掃描儀的控制程序置入移動(dòng)終端程序中，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端對(duì)三維掃描儀的無(wú)線控制。
[0066]3、將物體固定于三維云臺(tái)上，使用標(biāo)定后的系統(tǒng)對(duì)物體進(jìn)行三維掃描，并記錄數(shù)據(jù)。使用移動(dòng)終端控制電機(jī)水平方向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)控制相機(jī)拍攝物體，每隔一定的角度拍攝一次，記錄物體的三維圖像和旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的狀態(tài)信息。通過無(wú)線傳輸模塊，將掃描得到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭苿?dòng)終端。當(dāng)水平旋轉(zhuǎn)360度之后，控制三維云臺(tái)垂直旋轉(zhuǎn)，同時(shí)進(jìn)行拍攝，直到旋轉(zhuǎn)360度，記錄數(shù)據(jù)。
[0067]4、在掃描的同時(shí)，移動(dòng)終端將得到的掃描數(shù)據(jù)通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上傳云端。掃描完成后，在云端采用最近迭代算法(ICP)對(duì)一次完整掃描的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像拼接。
[0068]5、將拼接完成得到的物體的完整三維數(shù)據(jù)圖像通過互聯(lián)網(wǎng)下傳到移動(dòng)終端，或者置于用戶的云端空間，在網(wǎng)頁(yè)上進(jìn)行三維展示。為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請(qǐng)中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請(qǐng)實(shí)施例中的附圖，對(duì)本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒旧暾?qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。
[0069]以上是本申請(qǐng)的核心思想，為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請(qǐng)方案，下面結(jié)合附圖對(duì)本申請(qǐng)作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0