具備快速標(biāo)定功能的手持式激光三維掃描系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種手持式激光三維掃描系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]手持激光三維掃描技術(shù)以其抗干擾能力強(qiáng)、檢測精度高、使用簡便等優(yōu)點(diǎn)逐步被用在各種工業(yè)、考古、醫(yī)療、教學(xué)等領(lǐng)域。相比白光投影原理的三維掃描儀，激光三維掃描儀可以從每一組同步幀圖像中提取物體表面特征計(jì)算得到被掃描物體的一部分表面點(diǎn)云，以及由于激光投影的光強(qiáng)更大因而允許捕捉其圖像的攝像頭可以以不產(chǎn)生運(yùn)動模糊的快門時(shí)間進(jìn)行曝光，因此更能適合用手持的方式在不斷連續(xù)移動的狀態(tài)下進(jìn)行掃描。另外，由于激光的波段的單一性，通過在攝像頭前加裝帶通濾光鏡可以很大程度上去除環(huán)境光線對其掃描過程的影響，使其適用于室外自然光環(huán)境下的物體表面輪廓的三維掃描。
[0003]手持激光三維掃描儀目前的最高精度可以達(dá)到10 2mm級，由于其掃描精度是建立在內(nèi)部兩個(gè)及以上攝像頭和一個(gè)及以上激光投影器的相互位置在出廠前已經(jīng)標(biāo)定已知，并在使用過程中一直保持不變的基礎(chǔ)上。但由于運(yùn)輸、存取、掃描等過程操作中不可避免的振動或沖擊會導(dǎo)致掃描儀內(nèi)部的攝像頭及激光投影器之間的位置關(guān)系有微小的變化，這種微小的位置和角度的變化會在攝像頭獲得的圖像中得到的體現(xiàn)，導(dǎo)致掃描結(jié)果數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差。由于目前的手持激光三維掃描儀器不隨機(jī)器配備標(biāo)定附件，因此為消除這種誤差，就必須將儀器返廠標(biāo)定，大大影響了手持激光三維掃描儀影響的正常使用，也使得平時(shí)掃描時(shí)的精度無法得到保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服已有手持式激光三維掃描系統(tǒng)的標(biāo)定操作麻煩、標(biāo)定成本高的不足，本實(shí)用新型提供了一種簡化標(biāo)定操作、降低標(biāo)定成本的具備快速標(biāo)定功能的手持式激光三維掃描系統(tǒng)。
[0005]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種具備快速標(biāo)定功能的手持式激光三維掃描系統(tǒng)，包括手持式激光三維掃描儀，所述手持式激光三維掃描儀包括兩個(gè)及以上攝像頭和一個(gè)及以上激光投影器，所述手持式激光三維掃描系統(tǒng)還包括用于對所述掃描儀進(jìn)行快速標(biāo)定的標(biāo)定板，所述標(biāo)定板為一塊表面貼有若干相對坐標(biāo)位置已知的標(biāo)記點(diǎn)的板；所述手持式三維掃描儀還包括用于通過兩個(gè)及以上攝像頭同步獲取的多幅掃描儀處于標(biāo)定板上方不同角度和位置的標(biāo)定板圖像，再對兩個(gè)及以上攝像頭和一個(gè)及以上激光投影器相互的空間位置進(jìn)行標(biāo)定的快速標(biāo)定控制模塊，所述快速標(biāo)定控制模塊分別與所述攝像頭、激光投影器連接。
[0007]進(jìn)一步，所述手持式激光三維掃描系統(tǒng)還包括人機(jī)交互模塊，所述快速標(biāo)定控制模塊與所述人機(jī)交互模塊連接。
[0008]再進(jìn)一步，所述標(biāo)定板為一塊表面非鏡面、熱變形系數(shù)較低的便攜硬質(zhì)平板。
[0009]更進(jìn)一步，所述標(biāo)定板中，若干標(biāo)記點(diǎn)以規(guī)則或者不規(guī)則的拓?fù)浯涡蚺挪荚谠撚操|(zhì)板的表面，且各個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的相對坐標(biāo)位置已知。
[0010]本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思為:手持激光掃描儀的出廠標(biāo)定的過程主要由以下三個(gè)主要步驟組成:1)對將要被組裝進(jìn)儀器的攝像頭的內(nèi)參進(jìn)行單獨(dú)標(biāo)定，獲得每臺攝像頭的畸變系數(shù)、焦距及光心偏移等參數(shù)；2)對儀器內(nèi)安裝固定好的至少兩攝像頭的外參進(jìn)行標(biāo)定，獲得其相互間的位置坐標(biāo)；3)對儀器內(nèi)安裝固定好的至少一個(gè)激光投影器的位置進(jìn)行標(biāo)定，獲得其與儀器內(nèi)部的攝像頭的位置坐標(biāo)。由于攝像頭上的內(nèi)參是其鏡頭的內(nèi)部固有參數(shù)，在出廠后基本不會改變，而較容易變化的是攝像頭和激光投影器相互之間的位置關(guān)系，這是由于攝像頭和激光投影器均是通過螺絲等機(jī)械方式固定在共同的骨架上，這種固定方式很容易受外部振動或沖擊的影響而導(dǎo)致細(xì)微的變形和位移，從而影響最終的掃描精度?？紤]到以上因素，儀器出廠后的快速標(biāo)定就顯得十分有意義。儀器出廠后的標(biāo)定是在使用現(xiàn)場由用戶完成，因此須避免復(fù)雜的標(biāo)定流程和標(biāo)定輔助器件，并應(yīng)盡量在很短的時(shí)間內(nèi)完成標(biāo)定過程。本發(fā)明所提出的手持激光三維掃描儀的快速標(biāo)定功能只須針對攝像頭和激光投影器的位置進(jìn)行標(biāo)定，即步驟2)、3)，并有人機(jī)界面進(jìn)行標(biāo)定位置的提示，標(biāo)定輔件則僅需要一塊成本低廉的標(biāo)定板，從而顯著簡化了掃描儀的標(biāo)定過程，保證了儀器在長期的使用過程中精度的穩(wěn)定性。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果主要表現(xiàn)在:簡化標(biāo)定操作、降低標(biāo)定成本。
【附圖說明】
[0012]圖1是具備快速標(biāo)定功能的手持式激光三維掃描系統(tǒng)的示意圖。
[0013]圖2是標(biāo)定板的示意圖。
[0014]圖3是標(biāo)定攝像頭位置的操作示意圖，其中(a)的位置為前方偏下，(b)的位置為正前方，(C)的位置為前方偏上，(d)的位置為前方偏左，(e)的位置為前方偏右。
[0015]圖4是標(biāo)定激光投影器位置的操作示意圖。
[0016]圖5是多個(gè)位置激光投影器標(biāo)定結(jié)果的擬合示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
[0018]參照圖1?圖5，一種具備快速標(biāo)定功能的手持式激光三維掃描系統(tǒng)，包括手持式激光三維掃描儀I，所述手持式激光三維掃描儀I包括兩個(gè)及以上攝像頭2和一個(gè)及以上激光投影器3，所述手持式激光三維掃描系統(tǒng)還包括用于對所述掃描儀進(jìn)行快速標(biāo)定的標(biāo)定板4，所述標(biāo)定板4為一塊表面貼有若干相對坐標(biāo)位置已知的標(biāo)記點(diǎn)的板；所述手持式三維掃描儀I還包括用于通過兩個(gè)及以上攝像頭同步獲取的多幅掃描儀處于標(biāo)定板上方不同角度和位置的標(biāo)定板圖像，再對兩個(gè)及以上攝像頭和一個(gè)及以上激光投影器相互的空間位置進(jìn)行標(biāo)定的快速標(biāo)定控制模塊5，所述快速標(biāo)定控制模塊5分別與所述攝像頭