具有激光投影器曝光時間調(diào)節(jié)功能的手持激光三維掃描儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種手持激光三維掃描儀。
【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、檢測精度高、使用簡便等優(yōu)點逐步被 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算得到被掃描物體的一部分表面點云，以 及由于激光投影的光強更大因而允許捕捉其圖像的攝像頭可以以不產(chǎn)生運動模糊的快門 時間進行曝光，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] 目前的手持激光三維掃描儀內(nèi)部由兩個及以上的攝像頭和一個及以上的激光投 影器組成，其相互之間的所有位置關(guān)系均已經(jīng)在掃描前標(biāo)定已知，在掃描時兩個及以上的 攝像頭同步采集目標(biāo)物體表面的特征點用于定位儀器自身的空間三維坐標(biāo)位置，采集被投 影到目標(biāo)物體表面的激光投影圖案用于獲得目標(biāo)物體的表面點云數(shù)據(jù)。不同顏色和材質(zhì)的 物體表面，對于激光的反射效率和自然光的反射均不盡相同，因此如果用固定亮度的激光 投影器去照射被掃描物體，可能會得到不同灰度的激光投影圖像，過亮或者過暗均會影響 掃描的效果和精度。
[0004] 以只投射單條線狀激光的激光投影器投射到一定顏色和材質(zhì)的目標(biāo)物體表面為 例，分別調(diào)整激光的開啟時間為lms、2ms和4ms。如圖2所示，在攝像頭采集獲得的激光圖 案中，垂直于激光方向為橫坐標(biāo)方向，以激光線條的中心為原點，逐行計算分析該方向上的 像素分布。圖3為垂直于激光方向的一維亮度分布曲線，縱坐標(biāo)為像素上的灰度值，從0到 255對應(yīng)暗到亮。例子中目標(biāo)物體表面非激光照射區(qū)域在攝像頭上成像的平均灰度為40左 右，掃描儀在一個攝像頭快門開啟期間的激光持續(xù)時間分別設(shè)為lmS、2ms和4ms，以灰度值 為100以上作為區(qū)分激光圖案的閥值。激光持續(xù)時間設(shè)為2ms時，其亮度分布曲線顯示的 激光寬度在3個像素左右；激光持續(xù)時間設(shè)為4ms時激光寬度為11個像素左右，由于掃描 時需要在攝像頭采集的圖像中精確的識別出激光在目標(biāo)物體表面的輪廓線，過寬的激光線 條會導(dǎo)致無法獲得精準(zhǔn)的表面特征，從而降低掃描的精度；激光持續(xù)時間為Ims時激光整 體的灰度值均在100以下，與非激光照射區(qū)域的灰度相差不大，因此無法在圖像的背景中 有效提取激光的圖案信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服已有手持激光三維掃描儀采用固定亮度的激光投影器進行掃描時存在 的掃描效果較差、掃描精度較低的不足，本實用新型提供一種掃描效果良好、掃描精度較高 的具有激光投影器曝光時間調(diào)節(jié)功能的手持激光三維掃描儀。
[0006] 本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種具有激光投影器曝光時間調(diào)節(jié)功能的手持激光三維掃描儀，包括兩個及以上 用于圖像采集的攝像頭、一個及以上用于進行激光圖案投影的激光投影器以及用以控制所 述攝像頭和激光投影器工作的控制器，所述控制器包括用以按照曝光觸發(fā)周期控制攝像頭 工作的攝像頭控制模塊，用于控制激光投影器以設(shè)定頻率和開啟時間工作的投影控制模 塊，所述控制器還包括用于統(tǒng)計目標(biāo)物體表面激光投影圖案的灰度，控制激光投影器的曝 光時間獲得最佳激光曝光圖像的激光投影器調(diào)節(jié)控制模塊，所述激光投影器調(diào)節(jié)控制模塊 與攝像頭控制模塊、所述投影控制模塊連接。
[0008] 進一步，所述攝像頭控制模塊與信號隔離電路連接，所述信號隔離電路與所述攝 像頭連接，所述投影控制模塊與所述開關(guān)電路連接，所述開關(guān)電路與所述激光投影器連接。 當(dāng)然，信號隔離電路也可以集成到攝像頭之中，所述攝像頭控制模塊可以直接與攝像頭連 接。
[0009] 本實用新型的技術(shù)構(gòu)思為：由于手持激光三維掃描儀的掃描精度直接取決于攝像 頭所拍攝到的激光投影器投射到被掃描物體表面的投影圖案的成像質(zhì)量，而成像質(zhì)量很大 程度取決于其在攝像頭內(nèi)部的感光元件上的亮度是否合適。掃描儀掃描顏色較深的物體時 為得到正常曝光，需要增加激光投影器的投射亮度；而掃描顏色較淺的物體時則需要減少 激光投影器的投射亮度來得到正常的曝光圖案。
[0010] 本發(fā)明所述的手持激光三維掃描儀通過對激光投影器開啟時間的調(diào)節(jié)，在一個攝 像頭的曝光周期內(nèi)可獲得曝光合適的激光投影圖案，從而保證手持激光三維掃描儀的掃描 精度。相比固定亮度的激光投影器的三維掃描儀，本發(fā)明所述的手持激光掃描掃描儀可以 顯著降低掃描儀對工作環(huán)境的要求，提高掃描各自表面顏色和材質(zhì)的適應(yīng)性。另外，將激光 投影器的開啟時間從整個掃描過程調(diào)整為攝像頭的快門開啟周期內(nèi)可以顯著降低系統(tǒng)的 功耗，同時也防止激光亮度過亮而對人眼睛造成傷害。
[0011] 本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在：1、掃描效果良好、掃描精度較高；2、降低功 耗，安全性較高。
【附圖說明】
[0012] 圖1是具有激光投影器曝光時間調(diào)節(jié)功能的手持激光三維掃描儀的原理框圖
[0013] 圖2是投射單條線狀激光的激光投影器投射到一定灰度的目標(biāo)物體表面的示意 圖。
[0014] 圖3是垂直于激光方向的一維亮度分布曲線，縱坐標(biāo)為像素上的灰度值，從0到 255對應(yīng)暗到亮。
[0015] 圖4是掃描儀工作時攝像頭和激光投影器的觸發(fā)時序的示意圖。
【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述。
[0017] 參照圖1~圖4, 一種具有激光投影器曝光時間調(diào)節(jié)功能的手持激光三維掃描儀， 包