专利名称：一种三维扫描装置及三维扫描方法
技术领域：
本发明涉及三维信息技术领域，尤其涉及一种三维扫描装置及三维扫描方法。
背景技术：
随着信息和通信技术的发展，人们在生活和工作中接触到越来越多的图形图像。 获取图像的方法包括使用各种摄像机、照相机、扫描仪等，利用这些手段通常只能得到物体 的平面图像，即物体的二维信息。在许多领域，如机器视觉、面形检测、实物仿形、自动加工、 产品质量控制、生物医学等，物体的三维信息是必不可少的。因此，如何如何迅速获取物体 的立体彩色信息并将其转化为计算机能直接处理的三维数字模型。三维扫描仪正是实现三 维信息数字化的一种极为有效的工具，但在国外大部分工业化较发达国家，此类设备一般 用作三维检测，与逆向工程、优化设计中，所以更长时间被叫做三维测量机。常用的三维扫描仪根据传感方式的不同，分为接触式和非接触式两种。接触式的 采用探测头直接接触物体表面，通过探测头反馈回来的光电信号转换为数字面形信息，从 而实现对物体面形的扫描和测量。其缺点是测量费用较高、探头易磨损、测量速度较慢； 非接触式三维扫描仪因其接触性，对物体表面不会有损伤，同时相比接触式的具有速度快， 容易操作等特征。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种三维扫描装置及三维扫描方法。本发明采用如下技术方案一种三维扫描装置，包括两个图像采集模块、一字线激光发射模块、图像处理模 块；所述一字线激光发射模块用于发射一字激光线扫描待扫描物体，所述两个图像采集模 块用于同时采集所述一字线激光发射模块扫描下的所述待扫描物体的图像信息，所述图像 处理模块用于处理所述图像信息，得到待扫描物体的三维模型信息。所述的三维扫描装置，所述图像处理模块包括二值化处理模块、二维坐标提取及 转换模块和三维重建模块，所述二值化处理模块用于处理所述图像信息得到二值化图像信 息，所述二维坐标提取及转换模块用于提取所述二值化图像信息中的激光线的二维坐标， 然后转化为该激光线的三维坐标，最后转换为待扫描物体的真实坐标信息；所述三维重建 模块用于根据所述真实坐标信息构建待扫描物体的三维模型信息。一种三维扫描方法，包括以下步骤:A1，使用一字激光线扫描待扫描物体；A2，使 用两个图像采集模块同时采集所述一字线激光发射模块扫描下的所述待扫描物体的图像 信息；A3，处理所述图像信息，得到待扫描物体的三维模型信息。所述的三维扫描方法，所述步骤A3，具体执行以下操作A31，处理所述图像信息 得到二值化图像信息；A32，提取所述二值化图像信息中的激光线的二维坐标，将所述二维 坐标转化为该激光线的三维坐标；A33，根据所述三维坐标转换得到待扫描物体的真实坐标 信息；A34，根据所述真实坐标信息构建待扫描物体的三维模型信息。
所述的三维扫描方法，所述步骤A31具体执行以下操作调用OpenCV的函数 cvCvtColor将原图转化为灰度图，再调用cvThreshold将灰度图进行转化得到二值化图像
fn息ο所述的三维扫描方法，所述步骤A32具体执行以下操作由公式
f xl =ul - imageWidth / 2
x2 = u2-imageWidth / 2 + L
yl = vl - imageHeight / 2和^ y2 = v2-imageHeight / 2 将所述二维坐标转换为所述
zl = focalLengthV- z2 = fxalLength
三维坐标，以其中一个所述图像采集模块为原点建立空间坐标系，(x0，y0，z0)为待扫描物 体在该空间坐标系中的的点坐标，(xl,yl,zl)和(X2，y2，z2)分别表示所述点在所述两个 图像采集模块所捕获图像中的坐标；imageWidth为图片的宽度，imageHeight为图片的高 度，focalLength为图像采集模块的焦距。
Kb =sXit所述的三维扫描方法，所述步骤A32具体执行以下操作由公式爿 yoaKyit t
—功= Zit
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=y2L/(xly2+ylL-x2yl)计算待扫描物体上的点的真实坐标信息，其中L为两个图像采集 模块之间的距离。(1)生产成本低。目前的商业三维扫描仪的售价都在10万元以上，难以推广，本产 品目的之一在于用最简单的仪器达到最高的性能。因此，本产品的生产成本相对较低。(2)操作容易。市场上的许多扫描仪都需要用户进行自行标定，费时费力。并且软 件也需要用户具备一定知识才能使用。本产品的标定简单，对环境的要求不高，并且软件界 面十分友好简单，用户不需要具有专业知识也能使用。(3)携带方便。目前的商业三维扫描仪通常体积较大，而本产品只需要两个摄像头 和一个激光笔，十分便携。(4)扫描速度快。很多三维扫描仪的扫描时间长。本扫描仪虽然依据环境问题速 度上有些差异，不过平均时间在20秒之内。对于应用已经足够。
图1为由两个摄像头拍摄到的两幅图片中的坐标点求得物体上该点的坐标的原 理示意图；图2为本发明扫描装置扫描方法示意图；图3为左摄像头和右摄像头分别拍摄到的图像；图4为在一字线激光笔扫描下的物体在左右两个摄像头所得的图像图5为经过二值化处理后的图像；图6为经过三维重建得到的图像。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。实施例1(1)器材两个摄像头，一个一字线激光笔。(2)原理如图1所示，以左摄像头为空间坐标系原点建立空间坐标系。L为两个 摄像头间的距离，(X0，y0，z0)为空间物体某一点的坐标，图中的两个长方形为摄像头捕获 的两幅图像，(xl,yl,zl)和(X2，y2，z2)分别表示空间实际物体的点在左右摄像头所捕获 图像中的坐标点。由数学关系可得
权利要求
一种三维扫描装置，其特征在于，包括两个图像采集模块、一字线激光发射模块、图像处理模块；所述一字线激光发射模块用于发射一字激光线扫描待扫描物体，所述两个图像采集模块用于同时采集所述一字线激光发射模块扫描下的所述待扫描物体的图像信息，所述图像处理模块用于处理所述图像信息，得到待扫描物体的三维模型信息。
2.根据权利要求1所述的三维扫描装置，其特征在于，所述图像处理模块包括二值化 处理模块、二维坐标提取及转换模块和三维重建模块，所述二值化处理模块用于处理所述 图像信息得到二值化图像信息，所述二维坐标提取及转换模块用于提取所述二值化图像信 息中的激光线的二维坐标，然后转化为该激光线的三维坐标，最后转换为待扫描物体的真 实坐标信息；所述三维重建模块用于根据所述真实坐标信息构建待扫描物体的三维模型信 肩、ο
3.—种三维扫描方法，其特征在于，包括以下步骤A1，使用一字激光线扫描待扫描物 体;A2，使用两个图像采集模块同时采集所述一字线激光发射模块扫描下的所述待扫描物 体的图像信息；A3，处理所述图像信息，得到待扫描物体的三维模型信息。
4.根据权利要求3所述的三维扫描方法，其特征在于，所述步骤A3，具体执行以下操 作A31，处理所述图像信息得到二值化图像信息；A32，提取所述二值化图像信息中的激光 线的二维坐标，将所述二维坐标转化为该激光线的三维坐标；A33，根据所述三维坐标转换 得到待扫描物体的真实坐标信息；A34，根据所述真实坐标信息构建待扫描物体的三维模型 fn息ο
5.根据权利要求3所述的三维扫描方法，其特征在于，所述步骤A31具体执行以下操 作调用OpenCV的函数cvCvtColor将原图转化为灰度图，再调用cvThreshold将灰度图进 行转化得到二值化图像信息。
6.根据权利要求3所述的三维扫描方法，其特征在于，所述步骤A32具体执行以下操 -xl = ul - imageWidth / 2 广 x2 = u2 - imageWidth / 2 + L作由公式^yl = vl - imageHeight / 2 禾口v. zl = focalLengthy2 = v2-imageHeight / 2 将所述二维坐标z2 = focalLength转换为所述三维坐标，以其中一个所述图像采集模块为原点建立空间坐标系，(x0,y0,z0)为 待扫描物体在该空间坐标系中的的点坐标，(Xl，I1, Z1)和(x2，y2, Z2)分别表示所述点在所 述两个图像采集模块所捕获图像中的坐标；imageWidth为图片的宽度，imageHeight为图 片的高度，focalLength为图像采集模块的焦距。
7.根据权利要求3所述的三维扫描方法，其特征在于，所述步骤A32具体执行以下操 广 Ko =Xit作由公式i y = ^ t = Y2IV(XiyJy1L-Xj1)计算待扫描物体上的点的真实坐标信 息，其中L为两个图像采集模块之间的距离。
全文摘要
本发明公开了一种三维扫描装置，包括两个图像采集模块、一字线激光发射模块、图像处理模块；所述一字线激光发射模块用于发射一字激光线扫描待扫描物体，所述两个图像采集模块用于同时采集所述一字线激光发射模块扫描下的所述待扫描物体的图像信息，所述图像处理模块用于处理所述图像信息，得到待扫描物体的三维模型信息。还公开了一种三维扫描方法。本发明的三维扫描装置生产成本低、操作容易、携带方便、扫描速度快。
文档编号H04N1/405GK101969523SQ20101051328
公开日2011年2月9日 申请日期2010年10月21日 优先权日2010年10月21日
发明者吕之华, 张志毅, 王漫 申请人:西北农林科技大学