專利名稱：一種掃描動態(tài)物體的三維掃描系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種三維掃描儀，尤其涉及一種能高質量、低失真度獲取動態(tài)物體三維圖像的三維掃描儀。
背景技術：
三維掃描是集光、機、電和計算機技術于一體的高新技術，主要用于對被掃描物體空間外形和結構及色彩進行掃描，以獲得該物體表面的空間坐標。它的重要意義在于能夠將實際物體的立體信息轉換為計算機能直接處理的數(shù)字信號，為物體數(shù)字化提供了相當方便快捷的手段。利用三維掃描技術制備的三維掃描儀(3D Scanner)作為一種快速的立體測量設備，因其測量速度快、精度高，非接觸，使用方便等優(yōu)點，而成為將物體三維建模的重要工具，得到越來越廣泛的應用。譬如，用三維掃描儀對手板、樣品、模型等被掃描物體進行掃描，可以得到該物體立體尺寸數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能直接與計算機輔助設計(CAD:ComputerAided Design)或計算機輔助制造(CAM:Computer Aided Making)軟件接口，在CAD系統(tǒng)中可以對數(shù)據(jù)進行調整、修補、再送到加工中心或快速成型設備上制造，可以極大的縮短產(chǎn)品制造周期。一般的三維掃描儀采用一投影儀投射條紋光到被掃描物體，再采用一相機采集從所述被掃描物體反射過來的條紋光，通過計算條紋光在被掃描物體的變形，從而獲得被掃描物體的三維圖像。然而，當采用單臺三維掃描儀獲取被掃描物體的三維圖像時，所述相機所能接收到的條紋光僅限于被掃描物體被投影儀投射到的區(qū)域，而無法獲得該被掃描物體未被投影儀投射到的區(qū)域(盲區(qū))反射過來的條紋光。即，由于所述投影儀在被掃描物體有投射盲區(qū)，通過單臺三維掃描儀所獲取的三維圖像質量不高或失真。為解決投影儀投射盲區(qū)的問題，通常采用如下兩種方式獲取被掃描物體的三維圖像:一是用單臺三維掃描儀一個角度獲取被掃描物體的掃描模型，再移動到另一角度掃描獲取被掃描物體的掃描模型，然后對從不同角度獲取到的掃描模型進行拼接得到被掃描物體的三維圖像；二是采用多臺三維掃描儀錯時獲取被掃描物體的掃描模型，然后對該多臺三維掃描儀獲取到的掃描模型進行拼接得到被掃描物體的三維圖像。然而，以上兩種掃描方式雖然能解決部分投射盲區(qū)的問題，但當被掃描物體為動態(tài)物體，如人臉時，其獲取到的三維圖像依然存在較大失真，質量較低。

實用新型內(nèi)容有鑒于此，有必要提供一種能高質量、低失真度獲取動態(tài)物體三維圖像的三維掃描系統(tǒng)，以解決上述問題。本實用新型是這樣實現(xiàn)的:一種掃描動態(tài)物體的三維掃描系統(tǒng)，用于獲取一動態(tài)物體的三維圖像，其包括第一投影裝置、與第一投影裝置對應的第一感光裝置、第二投影裝置、與第二投影裝置對應的第二感光裝置、以及控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)與所述第一投影裝置、第二投影裝置、第一感光裝置、第二感光裝置均電性連接。[0007]作為上述方案的進一步改進，所述第一感光裝置包括第一濾光片及第一相機，所述第一濾光片設置在所述第一相機的鏡頭前；所述第二感光裝置包括第二濾光片及第二相機，所述第二濾光片設置在所述第二相機的鏡頭前。作為上述方案的進一步改進，第一投影裝置包括第一白光投光光源及第一濾光片，該第一濾光片設置在所述第一白光投光光源的光線投射口前；第二投影裝置包括第二白光投光光源及第二濾光片，該第二濾光片設置在所述第二白光投光光源的光線投射口
N /.刖。作為上述方案的進一步改進，以動態(tài)物體為頂點，所述第一投影裝置的投光方向與第二投影裝置的投光方向之間的夾角大于等于30度小于等于180度。本實用新型還涉及另一種掃描動態(tài)物體的三維掃描系統(tǒng)，用于獲取一動態(tài)物體的三維圖像，其包括多臺三維掃描儀及一控制系統(tǒng)；每臺三維掃描儀包括第一投影裝置、與第一投影裝置對應的第一感光裝置、第二投影裝置、以及與第二投影裝置對應的第二感光裝置，所述控制系統(tǒng)與每臺三維掃描儀的第一投影裝置、第二投影裝置、第一感光裝置、第二感光裝置均電性連接。作為上述方案的進一步改進，在每臺三維掃描儀中:所述第一感光裝置包括第一濾光片及第一相機，所述第一濾光片設置在所述第一相機的鏡頭前；所述第二感光裝置包括第二濾光片及第二相機，所述第二濾光片設置在所述第二相機的鏡頭前。作為上述方案的進一步改進，在每臺三維掃描儀中:所述第一投影裝置包括第一白光投光光源及第一濾光片，該第一濾光片設置在所述第一白光投光光源的光線投射口前；第二投影裝置包括第二白光投光光源及第二濾光片，該第二濾光片設置在所述第二白光投光光源的光線投射口前。作為上述方案的進一步改進，在每臺三維掃描儀中:以動態(tài)物體為頂點，第一投影裝置的投光方向與第二投影裝置的投光方向之間的夾角大于等于30度小于等于180度。本實用新型還涉及另一種掃描動態(tài)物體的三維掃描系統(tǒng)，用于獲取一動態(tài)物體的三維圖像，其包括至少兩臺投影裝置、與該至少兩臺投影裝置對應的至少兩臺感光裝置以及一控制系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)與所述至少兩臺投影裝置以及至少兩臺感光裝置均電性連接。作為上述方案的進一步改進，所述三維掃描系統(tǒng)包括三臺投影裝置，以動態(tài)物體為頂點，所述三臺投影裝置中相鄰兩臺投影裝置的投光方向呈120度夾角。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的掃描動態(tài)物體的三維掃描系統(tǒng)，通過采用兩臺或兩臺以上的投影裝置同時向動態(tài)物體投射單色光，而與投影裝置對應的感光裝置，僅采集與之對應的投影裝置投射的單色光，形成圖像。因此，所述三維掃描系統(tǒng)不僅能夠降低甚至消除因單臺投影裝置投射盲區(qū)所帶來的影響，還能在同一時間獲取到動態(tài)物體在不同角度的多個圖像，消除因動態(tài)物體在不同時間圖像不對應的問題。最后，所述三維掃描系統(tǒng)中不同投影裝置的單色光彼此之間不產(chǎn)生干涉，解決了不同方向的透射光彼此干擾的問題，避免投影到動態(tài)物體上的光信息失真，從而導致重建得到的物體三維信息失真或圖像質量不高，從而能進一步提高所述動態(tài)物體三維圖像的質量，降低失真度。上述說明僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本實用新型的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉實施例，并配合附圖，詳細說明如下。
以下結合附圖描述本實用新型的實施例，其中:

圖1是本實用新型實施例提供的一種掃描動態(tài)物體的三維掃描系統(tǒng)的示意圖。圖2是本實用新型實施例提供的一種掃描動態(tài)物體的三維掃描系統(tǒng)的掃描方法的流程圖。圖3是本實用新型另一實施例提供的一種掃描動態(tài)物體的三維掃描系統(tǒng)的掃描方法的流程圖。
具體實施方式
以下基于附圖對本實用新型的具體實施例進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅作為實施例，并不用于限定本實用新型的保護范圍。請參閱圖1，本實用新型實施例提供一掃描動態(tài)物體的三維掃描系統(tǒng)100，用于獲取一動態(tài)物體200的三維圖像。所謂動態(tài)物體系指其三維圖像或模型隨著時間變化會有所變化的物體。譬如人臉，在不同時間點，由于表情不同而其三維圖像也會有所不同。所述三維掃描系統(tǒng)100包括一第一投影裝置10、一第一感光裝置20、一第二投影裝置30、一第二感光裝置40及一控制系統(tǒng)50。所述第一投影裝置10用于向所述動態(tài)物體200投射第一單色光。所述第一單色光為單色條紋光(又稱單色結構光)，當該條紋光照射到動態(tài)物體，被反射的條紋光能夠攜帶該動態(tài)物體200的三維輪廓信息。該第一單色光的光譜不限，只要是可見光即可，優(yōu)選地，所述第一單色光為紅、藍、綠三種單色光中的一種。為使所述第一投影裝置10能投射出第一單色光，所述第一投影裝置10可包括一第一單色投光光源，從而僅能發(fā)射第一單色光。在本實施例中，所述第一投影裝置10可包括一第一白光投光光源11及一第一濾光片12。該第一濾光片12設置在所述第一白光投光光源11與動態(tài)物體200之間,該第一濾光片12僅允許第一單色光通過?？梢岳斫?，選用第一單色投光光源投射第一單色光，能夠減少元器件，而選用第一白光投光光源11配合第一濾光片12投射第一單色光，則僅需在現(xiàn)有的投影儀前增設一濾光片即可。所述第一感光裝置20與所述第一投影裝置10對應，能且只能采集從動態(tài)物體200反射的第一單色光，形成第一圖像。通常，為工作方便，所述第一感光裝置20與第一投影裝置10組合在一起或固定在同一殼體中，形成一個三維掃描儀。所述第一感光裝置20包括一第一相機21。所述第一相機21僅能米集第一單色光,所述第一相機21與動態(tài)物體200之間設置有另一第一濾光片12,通過相應的濾光片12,從動態(tài)物體200發(fā)射過來的光中,僅第一單色光能通過且被第一相機21采集到。所述第一相機21可包括一組鏡片及一感光元件，鏡片設置在第一濾光片12及感光元件之間。所述感光元件包括CCD (電子耦合器件圖像傳感器)與CMOS (互補金屬氧化物半導體圖像傳感器)，在本實施例中，所述感光元件為CCD。所述第二投影裝置30用于向所述動態(tài)物體200投射第二單色光。以動態(tài)物體200為頂點，所述第一投影裝置10的投光方向與第二投影裝置20的投光方向之間的夾角不限。優(yōu)選地，所述第一投影裝置10的投光方向與第二投影裝置20的投光方向之間的夾角大于等于30度小于等于180度，從而能進一步降低甚至消除在動態(tài)物體200上的投射盲區(qū)。所述第二單色光為單色條紋光(又稱單色結構光)，當該條紋光照射到動態(tài)物體，被反射的條紋光能夠攜帶該動態(tài)物體200的三維輪廓信息。該第二單色光的光譜不限，只要是可見光且非第一單色光即可，優(yōu)選地，所述第二單色光為紅、藍、綠三種單色光中的一種且不能為第一單色光。在本實施例中，所述第一單色光為紅光，第二單色光為藍光。為使所述第二投影裝置30能投射出第二單色光，所述第二投影裝置20可包括一第二單色投光光源，從而僅能發(fā)射第二單色光。在本實施例中，所述第二投影裝置30可包括一第二白光投光光源31及一第二濾光片32。該第二濾光片32設置在所述第二白光投光光源31與動態(tài)物體200之間，該第二濾光片32僅允許第二單色光通過?？梢岳斫?，選用第二單色投光光源投射第二單色光，能夠減少元器件，而選用第二白光投光光源31配合第二濾光片32投射第二單色光，則僅需在現(xiàn)有的投影儀前增設一濾光片即可。所述第二感光裝置40與所述第二投影裝置30對應，能且只能采集從動態(tài)物體200反射的第二單色光，形成第二圖像。通常，為工作方便，所述第二感光裝置40與第二投影裝置30組合在一起或固定在同一殼體中，形成一個三維掃描儀。所述第二感光裝置40包括一第二相機41。所述第二相機41僅能采集第二單色光，所述第二相機41與動態(tài)物體200之間設置有另一第二濾光片32，通過相應的濾光片32，從動態(tài)物體200發(fā)射過來的光中，僅第二單色光能通過且被第二相機41采集到。所述第二相機41可包括一組鏡片及一感光元件，鏡片設置在第二濾光片32及感光元件之間。所述感光元件包括CCD (電子耦合器件圖像傳感器)與CMOS (互補金屬氧化物半導體圖像傳感器)，在本實施例中，所述感光元件為CCD。所述控制裝置50與所述第一投影裝置10、第一感光裝置20、第二投影裝置30及第二感光裝置40均數(shù)據(jù)連接。當所述三維掃描系統(tǒng)200工作時，所述控制系統(tǒng)50控制所述第一投影裝置10與第二投影裝置40同時向所述動態(tài)物體200投射第一單色光及第二單色光，并將采集到第一圖像及第二圖像進行計算擬合，從而得到所述動態(tài)物體200的三維圖像。重建所述動態(tài)物體200的三維圖像的方法不限，譬如，可采用雙目視差法原理對所述動態(tài)物體200的三維圖像進行重建。本實用新型實施例中的三維掃描系統(tǒng)100，通過采用第一投影裝置10與第二投影裝置30同時向動態(tài)物體200投射第一單色光與第二單色光。由于第一單色光與第二單色光波長不一樣，照射在動態(tài)物體200時，彼此不產(chǎn)生干涉，避免投影到動態(tài)物體200上的光信息失真，降低重建得到的動態(tài)物體200三維信息失真度或提高圖像質量，從而能進一步提高所述動態(tài)物體200三維圖像的質量。而且，被動態(tài)物體200發(fā)射回來攜帶有動態(tài)物體200三維輪廓信息的第一單色光與第二單色光也易于被分離。而第一濾光片12過濾掉第二單色光，僅允許第一感光裝置20采集第一單色光形成第一圖像。第二濾光片32過濾掉第一單色光，僅允許第二感光裝置40采集第二單色光形成第二圖像?？梢岳斫猓捎诒救S掃描系統(tǒng)100中的第一投影裝置10與第二投影裝置30同時照射動態(tài)物體200，能夠降低甚至消除因單臺投影裝置投射所帶來的盲區(qū)，還能在同一時間在不同角度獲取到動態(tài)物體200的圖像，消除因動態(tài)物體200在不同時間圖像不對應的問題。除本實施例外，所述三維掃描系統(tǒng)100還可以包括兩臺以上的投影裝置、感光裝置，從而可在更多角度獲取動態(tài)物體200的圖像，每一單色光均對應一副圖像。用戶可根據(jù)實際需要選擇不同臺數(shù)的投影裝置及感光裝置。譬如，當掃描人臉時，由于掃描面積僅是前面大約180度方位的區(qū)域，不需要掃描后面的區(qū)域，所以采用兩臺投影裝置及感光裝置較佳?？梢岳斫?，當采用兩臺投影裝置及感光裝置時，所述三維掃描系統(tǒng)100的成本較為低廉。而采用兩臺以上的投影裝置、感光裝置時，所獲得到的動態(tài)物體200的圖像區(qū)域更全面。例如，當要全方位的掃描雕塑時，則需要采用三臺或以上的投影裝置及感光裝置較佳，綜合考慮成本及圖像質量，可以采用三組投影裝置及感光裝置，其中，以雕塑為頂點，三臺投影裝置中相鄰的投影裝置的投光方向呈120度角夾角。由于傳統(tǒng)的三維掃描儀僅包括相機與投影儀，因此，所述三維掃描系統(tǒng)也可做如下描述:該三維掃描系統(tǒng)包括多臺三維掃描儀及一控制系統(tǒng)。該三維掃描系統(tǒng)進一步包括多個與三維掃描儀對應的濾光片設置在該三維掃描儀與動態(tài)物體之間。所述多臺三維掃描儀用于從多個角度拍攝動態(tài)物體的多個圖像。每臺三維掃描儀所對應的濾光片所允許通過的單色光均相互獨立，從而使每臺三維掃描儀投射出來的光均為單色光且只能接收同一種單色光。所述控制系統(tǒng)用于控制所述多臺三維掃描儀同時向所述動態(tài)物體投射單色光并根據(jù)所述多臺三維掃描儀所拍攝到的圖像得到動態(tài)物體的三維圖像。請參閱圖2，本實用新型實施例提供的三維掃描儀100的掃描方法包括以下步驟:步驟a.采用第一投影裝置10及第二投影裝置30同時向動態(tài)物體200投射第一單色光及第二單色光。步驟b.采用第一感光裝置20僅采集從動態(tài)物體200反射的第一單色光，形成第一圖像。采用第二感光裝置40僅采集從動態(tài)物體200反射的第二單色光，形成第二圖像。在步驟b中，還可包括如下步驟:采用第一相機21及設置在所述第一相機21與動態(tài)物體200之間的第一濾光片12組成所述第一感光裝置20，采用第二相機41及設置在所述第二相機41與動態(tài)物體200之間的第二濾光片32組成所述第二感光裝置40。其中，所述第一濾光片12僅允許第一單色光通過，所述第二濾光片僅32允許第二單色光通過。步驟c.采用控制系統(tǒng)50將第一圖像及第二圖像進行計算擬合，從而得到所述動態(tài)物體200的三維圖像。請參閱圖3，可以理解，由于本實用新型中實施例中的三維掃描系統(tǒng)100也可由傳統(tǒng)的三維掃描儀改進而成，因此，本實用新型另一實施例提供的三維掃描儀100的掃描方法還可以包括以下步驟:a.提供多臺三維掃描儀及一控制系統(tǒng)。所述的三維掃描儀為傳統(tǒng)的三維掃描儀，通常由相機與投影儀組成。b.在每臺三維掃描儀與動態(tài)物體之間設置濾光片，每臺三維掃描儀所對應的濾光片所允許通過的單色光均相互獨立，從而使每臺三維掃描儀投射出來的光均為單色光且只能接收同一種單色光。同臺三維掃描儀中，可采用較大面積的濾光片設置在三維掃描儀與動態(tài)物體之間，同時過濾投影儀的投射光及反射回來的光；也可采用兩片濾光性質一致的濾光片，分別設置在同臺三維掃描儀中的投影儀與動態(tài)物體之間及相機與動態(tài)物體之間。c.控制所述多臺三維掃描儀同時向所述動態(tài)物體投射單色光并根據(jù)所述多臺三維掃描儀所拍攝到的圖像得到動態(tài)物體的三維圖像。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權利要求1.一種掃描動態(tài)物體的三維掃描系統(tǒng)，用于獲取一動態(tài)物體的三維圖像，其包括第一投影裝置、與第一投影裝置對應的第一感光裝置、第二投影裝置、與第二投影裝置對應的第二感光裝置、以及控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)與所述第一投影裝置、第二投影裝置、第一感光裝置、第二感光裝置均電性連接。
2.如權利要求1所述的掃描動態(tài)物體的三維掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述第一感光裝置包括第一濾光片及第一相機，所述第一濾光片設置在所述第一相機的鏡頭前；所述第二感光裝置包括第二濾光片及第二相機，所述第二濾光片設置在所述第二相機的鏡頭前。
3.如權利要求1所述的掃描動態(tài)物體的三維掃描系統(tǒng)，其特征在于，第一投影裝置包括第一白光投光光源及第一濾光片，該第一濾光片設置在所述第一白光投光光源的光線投射口前；第二投影裝置包括第二白光投光光源及第二濾光片，該第二濾光片設置在所述第二白光投光光源的光線投射口前。
4.如權利要求1所述的掃描動態(tài)物體的三維掃描系統(tǒng)，其特征在于，以動態(tài)物體為頂點，所述第一投影裝置的投光方向與第二投影裝置的投光方向之間的夾角大于等于30度小于等于180度。
5.一種掃描動態(tài)物體的三維掃描系統(tǒng)，用于獲取一動態(tài)物體的三維圖像，其包括多臺三維掃描儀及一控制系統(tǒng)；其特征在于，每臺三維掃描儀包括第一投影裝置、與第一投影裝置對應的第一感光裝置、第二投影裝置、以及與第二投影裝置對應的第二感光裝置，所述控制系統(tǒng)與每臺三維掃描儀的第一投影裝置、第二投影裝置、第一感光裝置、第二感光裝置均電性連接。
6.如權利要求5所述的掃描動態(tài)物體的三維掃描系統(tǒng)，其特征在于，在每臺三維掃描儀中:所述第一感光裝置包括第一濾光片及第一相機，所述第一濾光片設置在所述第一相機的鏡頭前；所述第二感光裝置包括第二濾光片及第二相機，所述第二濾光片設置在所述第二相機的鏡頭前。
7.如權利要求5所述的掃描動態(tài)物體的三維掃描系統(tǒng)，其特征在于，在每臺三維掃描儀中:所述第一投影裝置包括第一白光投光光源及第一濾光片，該第一濾光片設置在所述第一白光投光光源的光線投射口前；第二投影裝置包括第二白光投光光源及第二濾光片，該第二濾光片設置在所述第二白光投光光源的光線投射口前。
8.如權利要求5所述的掃描動態(tài)物體的三維掃描系統(tǒng)，其特征在于，在每臺三維掃描儀中:以動態(tài)物體為頂點，第一投影裝置的投光方向與第二投影裝置的投光方向之間的夾角大于等于30度小于等于180度。
9.一種掃描動態(tài)物體的三維掃描系統(tǒng)，用于獲取一動態(tài)物體的三維圖像，其包括至少兩臺投影裝置、與該至少兩臺投影裝置對應的至少兩臺感光裝置以及一控制系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)與所述至少兩臺投影裝置以及至少兩臺感光裝置均電性連接。
10.如權利要求9所述的掃描動態(tài)物體的三維掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述三維掃描系統(tǒng)包括三臺投影裝置，以動態(tài)物體為頂點，所述三臺投影裝置中相鄰兩臺投影裝置的投光方向呈120度夾角。
專利摘要本實用新型涉及一種掃描動態(tài)物體的三維掃描系統(tǒng)，用于獲取一動態(tài)物體的三維圖像。所述三維掃描系統(tǒng)包括第一投影裝置、與第一投影裝置對應的第一感光裝置、第二投影裝置、與第二投影裝置對應的第二感光裝置、以及控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)與所述第一投影裝置、第二投影裝置、第一感光裝置、第二感光裝置均電性連接。本實用新型的優(yōu)點在于能高質量、低失真度獲取動態(tài)物體三維圖像。
文檔編號G01B11/00GK203163679SQ20122042010
公開日2013年8月28日 申請日期2012年8月23日 優(yōu)先權日2012年8月23日
發(fā)明者吳正強, 趙曉波, 周楨人, 吳軍, 俞惠智 申請人:杭州先臨三維科技股份有限公司