三維掃描裝置及其掃描方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三維掃描裝置及其掃描方法，屬于自動掃描技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]三維立體掃描就是測量實(shí)物表面的三維坐標(biāo)點(diǎn)集，得到的大量坐標(biāo)點(diǎn)的集合稱為點(diǎn)云(Point Cloud)。目前，三維光學(xué)掃描儀根據(jù)其原理不同主要分為2類，一類是“照相式”，一類是“激光式”，兩者都是非接觸式，其中，“激光式”掃描儀屬于較早的產(chǎn)品，由掃描儀發(fā)出一束激光光帶，光帶照射到被測物體上并在被測物體上移動時，就可以采集出物體的實(shí)際形狀，“激光式”掃描儀一般要配備關(guān)節(jié)臂?！罢障嗍健睊呙鑳x是針對工業(yè)產(chǎn)品涉及領(lǐng)域的新一代掃描儀，其采用可見光將特定的光柵條紋投影到測量工作表面，借助兩個高分辨率CCD數(shù)碼相機(jī)對光柵干涉條紋進(jìn)行拍照，利用光學(xué)拍照定位技術(shù)和光柵測量原理，可在極短時間內(nèi)獲得復(fù)雜工作表面的完整點(diǎn)云。目前，市面上常見的三維掃描裝置普遍存在如下缺陷:掃描速度慢，一般完成一次全身掃描需要數(shù)分鐘，而且掃描精度低，且操作不方便。
[0003]有鑒于此，本發(fā)明人對此進(jìn)行研究，專門開發(fā)出一種三維掃描裝置及其掃描方法，本案由此產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種掃描速度快，精度高，且操作簡單的三維掃描裝置及其掃描方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
三維掃描裝置，包括立柱、控制箱、掃描架和上位機(jī)；其中，所述掃描架包括活動安裝在立柱上的支架，均勻安裝在支架上的若干個掃描頭，以及安裝在支架上的電源模塊和交換機(jī)，所述支架為環(huán)形或多邊形，所述掃描頭頂部設(shè)有攝像頭，攝像頭正對支架中心，所述攝像頭與圖像處理模塊相連，圖像處理模塊通過交換機(jī)與控制箱連接，電源模塊為掃描頭供電；所述立柱上設(shè)有絲桿，絲桿與支架聯(lián)動連接，并通過電機(jī)驅(qū)動，控制箱控制電機(jī)轉(zhuǎn)動，進(jìn)而驅(qū)動絲桿旋轉(zhuǎn)，帶動支架上升或下降；所述控制箱與上位機(jī)相連。
[0006]作為優(yōu)選，所述三維掃描裝置包括2個以上立柱，立柱內(nèi)側(cè)設(shè)有安裝槽，所述絲桿垂直設(shè)置在安裝槽內(nèi)，支架通過連接件與絲桿聯(lián)動連接，絲桿頂部和底部均設(shè)有限位開關(guān)，用于控制掃描架的行程，電機(jī)安裝在立柱頂部。
[0007]作為優(yōu)選，所述支架與立柱的連接端進(jìn)一步設(shè)有滑塊，所述滑塊滑動安裝的立柱上?；瑝K的設(shè)置，可以使掃描架上升/下降過程更加平穩(wěn)。
[0008]作為優(yōu)選，所述三維掃描裝置的其中一個立柱上設(shè)有線槽，用于安裝交換機(jī)與控制箱的信號線，以及電源模塊與外部電源的連接電線。
[0009]作為優(yōu)選，所述支架設(shè)有上下兩層，分別為底圈和頂圈，其中，底圈上的掃描頭個數(shù)大于頂圈上的個數(shù)。
[0010]作為優(yōu)選，所述底圈上均勻設(shè)有8個以上攝像頭，頂圈上均勻設(shè)有4個以上掃描頭。
[0011]作為優(yōu)選，所述底圈上均勻設(shè)有36個攝像頭，頂圈上均勻設(shè)有12個掃描頭。
[0012]作為優(yōu)選，所述底圈上攝像頭水平安裝，所述頂圈上的攝像頭傾斜安裝，一般向下傾斜 20~45° ο
[0013]作為優(yōu)選，所述攝像頭通過連接臂安裝在支架上，圖像處理模塊固定安裝在連接桿上。
[0014]上述三維掃描裝置的掃描方法，包括如下步驟:
1)通過上位機(jī)輸入掃描指令，控制箱根據(jù)此命令解釋成相應(yīng)時序信號直接控制電機(jī)動作，先將掃描架運(yùn)行到最底端，然后再將掃描架運(yùn)行到最頂端，完成掃描前初始化工作；
2)上位機(jī)根據(jù)掃描物/人的高度，將掃描架運(yùn)行到掃描物/人的頂部，同時通過交換機(jī)和圖像處理模塊控制攝像頭開始拍照；
3)掃描架勻速下降，各個攝像頭根據(jù)設(shè)定的時間間隔進(jìn)行間歇性拍照；
4)各個攝像頭將掃描到的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過圖像處理模塊處理后，通過交換機(jī)發(fā)送給控制箱，并在上位機(jī)的顯示器中進(jìn)行實(shí)時顯示；
5)當(dāng)掃描架下降到立柱底部，觸動限位開關(guān)時，控制箱控制電機(jī)停止工作，攝像頭暫停拍攝，三維掃描結(jié)束，此時，所有掃描數(shù)據(jù)已通過交換機(jī)依次發(fā)送給控制箱和上位機(jī)，上機(jī)機(jī)根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維模型合成。
[0015]本發(fā)明所述的三維掃描裝置及其掃描方法，具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、掃描速度快:5秒可以完成一次半身掃描，20秒可完成一次全身掃描；
2、精度高:掃描架采用上下兩層，數(shù)十個攝像頭同時進(jìn)行圖像采集，并由上位機(jī)合成模型，合成后的三維模型精度可達(dá)到Imm ;
3、操作簡單:只需要在上位機(jī)中設(shè)置好相關(guān)掃描指令，掃描架會自動完成掃描，并將相應(yīng)的掃描數(shù)據(jù)實(shí)時發(fā)送給上位機(jī)，進(jìn)行三維模型合成。
[0016]以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實(shí)施例的三維掃描裝置立體結(jié)構(gòu)示意圖(掃描架位于底部)；
圖2為本實(shí)施例的立柱和掃描架的俯視圖；
圖3為本實(shí)施例的三維掃描裝置立體結(jié)構(gòu)示意圖(掃描狀態(tài))；
標(biāo)號說明:
立柱1、底板11、安裝槽12、絲桿13、電機(jī)14、滑塊15、線槽16 控制箱2
掃描架3、支架31、底圈311、頂圈312、掃描頭32、連接臂321、攝像頭322、圖像處理模塊323、電源模塊33、交換機(jī)34
上位機(jī)4。
【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1-3所示，三維掃描裝置，包括立柱1、控制箱2、掃描架3和上位機(jī)4 ;其中，所述掃描架3包括活動安裝在立柱I上的支架31，均勻安裝在支架31上的若干個掃描頭32，以及安裝在支架31上的電源模塊33和交換機(jī)34，所述支架31為環(huán)形或多邊形，為實(shí)現(xiàn)全方面掃描，支架31設(shè)有上下兩層，分別為底圈311和頂圈312，底圈311和頂圈312均安裝有掃描頭32，所述掃描頭32包括連接臂321，所述連接臂321尾部安裝在支架31上，頂部設(shè)有攝像頭322，攝像頭322正對支架31中心。其中，底圈311上攝像頭322為水平安裝，用于水平掃描位于支架31中心的人或物，頂圈312上的攝像頭322向下傾斜安裝，用于掃描位于支架31中心人或物的頂部，一般向下傾斜20-45°。底圈311上的掃描頭3個數(shù)大于頂圈312上的個數(shù)。一般底圈311上至少均勻設(shè)置8個不同方位的掃描頭32，頂圈312上至少均勻設(shè)有4個不同方位的的掃描頭32。在本實(shí)施例中，所述底圈311上均勻設(shè)有36個掃描頭32，頂圈312上均勻設(shè)有12個掃描頭32，掃描頭32的分布越密集，所掃描的圖像越詳盡。每個攝像頭322均連接有一個圖像處理模塊323，所述圖像處理模塊323固定安