一種具有3d掃描功能的攝像模組及其3d掃描方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種具有3D掃描功能的攝像模組及其3D掃描方法，紅外激光發(fā)射器用于向被掃描物體投射具有特定光斑的紅外激光，以形成被所述被掃描物體形狀所調(diào)制的光斑的3D影像；紅外攝像頭用于拍攝光斑的3D影像，以獲得光斑的2D畸變影像；可見光攝像頭用于拍攝被掃描物體的可見光影像；圖像處理芯片用于根據(jù)光斑的2D畸變影像計算獲得被掃描物體的3D影像數(shù)據(jù)，并將3D影像數(shù)據(jù)與被掃描物體的可見光影像結(jié)合來獲得被掃描物體的彩色3D影像數(shù)據(jù)。由于紅外激光發(fā)射器、紅外攝像頭、可見光攝像頭和圖像處理芯片的體積均較小，因此，集成的攝像模組的體積也較小，便于消費(fèi)者隨身攜帶。
【專利說明】
一種具有3D掃描功能的攝像模組及其3D掃描方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及攝像技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種具有3D掃描功能的攝像模組及其3D掃描方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著家用級別的3D打印機(jī)不斷推向市場，其不斷下降的價格會吸引更多個人消費(fèi)者，也就是說，將來家用級別的3D打印機(jī)會像噴墨打印機(jī)一樣成為家庭辦公、娛樂必備的電子產(chǎn)品。
[0003]在進(jìn)行3D打印之前，首先需獲得待打印物體的3D數(shù)據(jù)。雖然現(xiàn)有技術(shù)中提供了可進(jìn)行3D掃描的掃描儀器，但是，由于這種3D掃描儀器的價格昂貴，因此，通常只有少數(shù)的專業(yè)使用者或業(yè)余愛好者會購買此類儀器，大多數(shù)的消費(fèi)者還是選擇從網(wǎng)上下載3D數(shù)據(jù)或自己設(shè)計簡易的3D模型來進(jìn)行3D打印。并且，由于這種3D掃描儀的體積較大，因此，消費(fèi)者無法隨身攜帶，從而無法做到隨時獲得身邊物體的3D數(shù)據(jù)，更無法做到即拍即打印，不利于消費(fèi)者的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種具有3D掃描功能的攝像模組及其3D掃描方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中3D掃描儀體積大，不便于消費(fèi)者隨身攜帶的問題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0006]—種具有3D掃描功能的攝像模組，包括紅外激光發(fā)射器、紅外攝像頭、可見光攝像頭以及與所述紅外攝像頭和所述可見光攝像頭相連的圖像處理芯片；
[0007]所述紅外激光發(fā)射器用于向被掃描物體投射具有特定光斑的紅外激光，以形成被所述被掃描物體形狀所調(diào)制的所述光斑的3D影像；
[0008]所述紅外攝像頭用于拍攝所述光斑的3D影像，以獲得所述光斑的2D畸變影像；
[0009]所述可見光攝像頭用于拍攝所述被掃描物體的可見光影像；
[0010]所述圖像處理芯片用于根據(jù)所述光斑的2D畸變影像計算獲得所述被掃描物體的3D影像數(shù)據(jù)，并將所述3D影像數(shù)據(jù)與所述被掃描物體的可見光影像結(jié)合來獲得所述被掃描物體的彩色3D影像數(shù)據(jù)。
[0011]優(yōu)選的，還包括與所述紅外激光發(fā)射器相連的驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路用于控制所述紅外激光發(fā)射器是否工作。
[0012]優(yōu)選的，所述光斑的畸變程度取決于所述紅外激光發(fā)射器與所述紅外攝像頭之間的相對位置以及所述被掃描物體的形狀輪廓。
[0013]優(yōu)選的，還包括與所述圖像處理芯片相連的USB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片和與所述USB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片相連的USB接口；
[0014]所述USB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片用于對所述彩色3D影像數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，以通過所述USB接口將所述彩色3D影像數(shù)據(jù)傳輸至其他電子設(shè)備。
[0015]優(yōu)選的，還包括所述板對板連接器或插針式引線連接器;所述攝像模組通過所述板對板連接器或插針式引線連接器與其他電子設(shè)備連接。
[0016]優(yōu)選的，還包括無線數(shù)據(jù)傳輸模塊;所述攝像模組通過所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊將所述彩色3D影像數(shù)據(jù)傳輸至其他電子設(shè)備。
[0017]一種攝像模組的3D掃描方法，應(yīng)用于如上任一項所述的具有3D掃描功能的攝像模組，包括:
[0018]向被掃描物體投射具有特定光斑的紅外激光，以形成被所述被掃描物體形狀所調(diào)制的所述光斑的3D影像；
[0019]拍攝所述光斑的3D影像，以獲得所述光斑的2D畸變影像；
[0020]拍攝所述被掃描物體的可見光影像；
[0021 ]根據(jù)所述特定光斑的2D畸變影像計算獲得所述被掃描物體的黑白3D影像數(shù)據(jù)，并將所述黑白3D影像數(shù)據(jù)與所述被掃描物體的可見光影像結(jié)合來獲得所述被掃描物體的彩色3D影像數(shù)據(jù)。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0023]本發(fā)明所提供的具有3D掃描功能的攝像模組及其3D掃描方法，通過紅外激光發(fā)射器向被掃描物體投射具有特定光斑的紅外激光，以形成被該被掃描物體形狀所調(diào)制的光斑的3D影像，通過紅外攝像頭拍攝光斑的3D影像，以獲得光斑的2D畸變影像，通過可見光攝像頭拍攝被掃描物體的可見光影像，通過圖像處理芯片根據(jù)特定光斑的2D畸變影像計算獲得被掃描物體的黑白3D影像數(shù)據(jù)，并將黑白3D影像數(shù)據(jù)與被掃描物體的可見光影像結(jié)合來獲得被掃描物體的彩色3D影像數(shù)據(jù)，由于紅外激光發(fā)射器、紅外攝像頭、可見光攝像頭和圖像處理芯片的體積均較小，因此，集成的攝像模組的體積也較小，便于消費(fèi)者隨身攜帶。
【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的具有3D掃描功能的攝像模組的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的被掃描物體的光斑的3D影像示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的具有3D掃描功能的攝像模組的掃描方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0029]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種具有3D掃描功能的攝像模組，如圖1所示，包括紅外激光發(fā)射器10、紅外攝像頭11、可見光攝像頭12以及與紅外攝像頭11和可見光攝像頭12相連的圖像處理芯片13。
[0030]其中，紅外激光發(fā)射器10用于向被掃描物體I投射具有特定光斑的紅外激光，以在被掃描物體I的表面形成被該被掃描物體I形狀所調(diào)制的光斑的3D影像;紅外攝像頭11用于拍攝光斑的3D影像，以獲得光斑的2D畸變影像;可見光攝像頭12用于拍攝被掃描物體I的可見光影像；圖像處理芯片13用于根據(jù)特定光斑的2D畸變影像計算獲得被掃描物體I的黑白3D影像數(shù)據(jù)，并將黑白3D影像數(shù)據(jù)與被掃描物體I的可見光影像結(jié)合來獲得被掃描物體I的彩色3D影像數(shù)據(jù)。
[0031]本實(shí)施例中，通過將紅外激光發(fā)射器10、紅外攝像頭11、可見光攝像頭12和圖像處理芯片13集成在攝像模組上來實(shí)現(xiàn)3D掃描，由于紅外激光發(fā)射器10、紅外攝像頭11、可見光攝像頭12和圖像處理芯片13的體積均較小，因此，集成的攝像模組的體積也較小，便于消費(fèi)者隨身攜帶。
[0032]本實(shí)施例提供的攝像模組，如圖1所示，還包括與紅外激光發(fā)射器10相連的驅(qū)動電路14，該驅(qū)動電路14用于控制紅外激光發(fā)射器10是否工作。其中，紅外激光發(fā)射器10工作時，向被掃描物體I投射紅外激光;紅外激光發(fā)射器10不工作時，停止向被掃描物體I投射紅外激光。當(dāng)然，本發(fā)明并不僅限于此，在其他實(shí)施例中，可以通過按鍵等控制紅外激光發(fā)射器10是否工作。
[0033]在本實(shí)施例中的攝像模組工作的過程中，紅外激光發(fā)射器10向被掃描物體I投射具有特定光斑的紅外激光后，在被掃描物體I的表面形成了被該被掃描物體I形狀所調(diào)制的光斑的3D影像，之后紅外攝像頭11拍攝被掃描物體I，獲得被掃描物體I表面光斑的2D畸變影像，其中光斑的畸變程度取決于紅外激光發(fā)射器10與紅外攝像頭11之間的相對位置以及被掃描物體I的形狀輪廓，如圖2所示，被掃描物體I表面凸起的部分的光斑就會發(fā)生畸變；紅外攝像頭11拍攝完成后，可見光攝像頭12拍攝被掃描物體I的可見光影像，獲得被掃描物體I的彩色圖像；圖像處理芯片13基于光學(xué)的三角法根據(jù)光斑的2D畸變影像精確計算出被掃描物體I表面大量點(diǎn)的空間坐標(biāo)，然后根據(jù)空間坐標(biāo)獲得被掃描物體I的黑白的3D影像數(shù)據(jù)，該3D影像數(shù)據(jù)是由紅外光生成的，之后圖像處理芯片13通過影像識別將彩色的可見光影像與黑白3D影像結(jié)合來形成彩色的3D影像。根據(jù)最終獲得的彩色3D影像數(shù)據(jù)即可進(jìn)行3D打印，獲得被掃描物體I的3D模型。
[0034]其中，特定光斑的作用是方便圖像處理芯片13計算光斑3D影像的空間坐標(biāo)變化，如某個部位的光斑發(fā)生一定量的畸變，圖像處理芯片13可以通過識別光斑畸變量的大小計算出這個部位的空間坐標(biāo)與基準(zhǔn)點(diǎn)(沒有發(fā)生光斑畸變的部位)的距離差值，整合整個影像的光斑畸變數(shù)據(jù)即整合了被掃描物體I各個部位的空間坐標(biāo)，從而生成3D影像數(shù)據(jù)。其中，特定光斑的大小、形狀跟三維影像算法有很大關(guān)聯(lián)，光斑的形狀可以設(shè)計為長條紋、短條紋、混合條紋或方塊等。
[0035]在上述任一實(shí)施例的基礎(chǔ)上，如圖1所示，本發(fā)明提供的攝像模組還包括與圖像處理芯片13相連的USB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片和與USB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片相連的USB接口 15。其中，USB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片用于對圖像處理芯片13生成的彩色3D影像數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，以通過USB接口 15將彩色3D影像數(shù)據(jù)傳輸至其他電子設(shè)備。
[0036]當(dāng)然，本發(fā)明并不僅限于此，在其他實(shí)施例中，攝像模組還包括其他接口，例如，攝像模組還包括板對板連接器或插針式引線連接器;攝像模組通過板對板連接器或插針式引線連接器與其他電子設(shè)備連接?；蛘?，攝像模組還可以包括無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，以通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊將所述彩色3D影像數(shù)據(jù)傳輸至其他電子設(shè)備。其中，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊可以通過藍(lán)牙、WIFI或紅外線等與其他電子設(shè)備連接。
[0037]本實(shí)施例中的其他電子設(shè)備可以是智能手機(jī)或平板電腦等電子設(shè)備，攝像模組將彩色3D影像數(shù)據(jù)傳輸至智能手機(jī)后，再通過智能手機(jī)與3D打印機(jī)相連來進(jìn)行3D打印，這樣就可以做到即拍即打印，更便于具有3D掃描功能的攝像模組的應(yīng)用。
[0038]需要說明的是，本實(shí)施例中的紅外攝像頭11和可見光攝像頭12包括但不局限于定焦攝像頭、自動對焦攝像頭、光學(xué)防抖攝像頭、光學(xué)變焦攝像頭等。
[0039]本實(shí)施例提供的具有3D掃描功能的攝像模組，由于紅外激光發(fā)射器、紅外攝像頭、可見光攝像頭和圖像處理芯片的體積均較小，因此，集成的攝像模組的體積也較小，便于消費(fèi)者隨身攜帶。由于攝像模組具有與其他電子設(shè)備連接的USB接口等，因此，可以通過智能手機(jī)等電子設(shè)備與3D打印機(jī)相連來進(jìn)行3D打印，這樣就可以做到即拍即打印，更便于具有3D掃描功能的攝像模組的應(yīng)用。
[0040]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種攝像模組的3D掃描方法，應(yīng)用于上述任一實(shí)施例提供的具有3D掃描功能的攝像模組，如圖3所示，該掃描方法包括:
[0041 ] S301:向被掃描物體投射具有特定光斑的紅外激光，以形成被所述被掃描物體形狀所調(diào)制的所述光斑的3D影像；
[0042]S302:拍攝所述光斑的3D影像，以獲得所述光斑的2D畸變影像；
[0043]S303:拍攝所述被掃描物體的可見光影像；
[0044]S304:根據(jù)所述特定光斑的2D畸變影像計算獲得所述被掃描物體的黑白3D影像數(shù)據(jù)，并將所述黑白3D影像數(shù)據(jù)與所述被掃描物體的可見光影像結(jié)合來獲得所述被掃描物體的彩色3D影像數(shù)據(jù)。
[0045]其中，紅外激光發(fā)射器向被掃描物體投射具有特定光斑的紅外激光后，在被掃描物體的表面形成了被該被掃描物體形狀所調(diào)制的光斑的3D影像，之后紅外攝像頭拍攝被掃描物體，獲得被掃描物體表面光斑的2D畸變影像，之后可見光攝像頭拍攝被掃描物體的可見光影像，獲得被掃描物體的彩色圖像；圖像處理芯片基于光學(xué)的三角法根據(jù)光斑的2D畸變影像精確計算出被掃描物體表面大量點(diǎn)的空間坐標(biāo)，然后根據(jù)空間坐標(biāo)獲得被掃描物體的黑白的3D影像數(shù)據(jù)，該3D影像數(shù)據(jù)是由紅外光生成的，之后圖像處理芯片通過影像識別將彩色的可見光影像與黑白3D影像結(jié)合來形成彩色的3D影像。根據(jù)最終獲得的彩色3D影像數(shù)據(jù)即可進(jìn)行3D打印，獲得被掃描物體的3D模型。
[0046]本說明書中各個實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實(shí)施例公開的裝置而言，由于其與實(shí)施例公開的方法相對應(yīng)，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。
[0047]對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種具有3D掃描功能的攝像模組，其特征在于，包括紅外激光發(fā)射器、紅外攝像頭、可見光攝像頭以及與所述紅外攝像頭和所述可見光攝像頭相連的圖像處理芯片； 所述紅外激光發(fā)射器用于向被掃描物體投射具有特定光斑的紅外激光，以形成被所述被掃描物體形狀所調(diào)制的所述光斑的3D影像； 所述紅外攝像頭用于拍攝所述光斑的3D影像，以獲得所述光斑的2D畸變影像； 所述可見光攝像頭用于拍攝所述被掃描物體的可見光影像； 所述圖像處理芯片用于根據(jù)所述光斑的2D畸變影像計算獲得所述被掃描物體的3D影像數(shù)據(jù)，并將所述3D影像數(shù)據(jù)與所述被掃描物體的可見光影像結(jié)合來獲得所述被掃描物體的彩色3D影像數(shù)據(jù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像模組，其特征在于，還包括與所述紅外激光發(fā)射器相連的驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路用于控制所述紅外激光發(fā)射器是否工作。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的攝像模組，其特征在于，所述光斑的畸變程度取決于所述紅外激光發(fā)射器與所述紅外攝像頭之間的相對位置以及所述被掃描物體的形狀輪廓。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的攝像模組，其特征在于，還包括與所述圖像處理芯片相連的USB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片和與所述USB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片相連的USB接口 ； 所述USB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片用于對所述彩色3D影像數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，以通過所述USB接口將所述彩色3D影像數(shù)據(jù)傳輸至其他電子設(shè)備。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的攝像模組，其特征在于，還包括所述板對板連接器或插針式引線連接器;所述攝像模組通過所述板對板連接器或插針式引線連接器與其他電子設(shè)備連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的攝像模組，其特征在于，還包括無線數(shù)據(jù)傳輸模塊;所述攝像模組通過所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊將所述彩色3D影像數(shù)據(jù)傳輸至其他電子設(shè)備。7.—種攝像模組的3D掃描方法，其特征在于，應(yīng)用于權(quán)利要求1?6任一項所述的具有3D掃描功能的攝像模組，包括: 向被掃描物體投射具有特定光斑的紅外激光，以形成被所述被掃描物體形狀所調(diào)制的所述光斑的3D影像； 拍攝所述光斑的3D影像，以獲得所述光斑的2D畸變影像； 拍攝所述被掃描物體的可見光影像； 根據(jù)所述特定光斑的2D畸變影像計算獲得所述被掃描物體的黑白3D影像數(shù)據(jù)，并將所述黑白3D影像數(shù)據(jù)與所述被掃描物體的可見光影像結(jié)合來獲得所述被掃描物體的彩色3D影像數(shù)據(jù)。
【文檔編號】H04N13/00GK105959668SQ201610283647
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】韋有興, 李建華
【申請人】信利光電股份有限公司