一種獲得物體三維和顏色數據的系統技術方案

一種獲得物體三維和顏色數據的系統，包括采集頭和滑軌，所述采集頭在所述滑軌上滑動設置，所述采集頭包括光柵發生器、水平攝像頭和傾斜攝像頭，所述光柵發生器的光柵發射方向垂直于所述滑軌，所述水平攝像頭緊挨所述光柵發生器設置并且其拍攝方向平行于所述光柵發生器的光柵發射方向；所述傾斜攝像頭沿所述滑軌的延伸方向距離所述光柵發生器一端距離設置并且其拍攝方向與所述光柵發生器的光柵發射方向成夾角。本實用新型專利技術重新構建了硬件設計，大幅降低了軟件算法的難度，提高了掃描的精確度；本實用新型專利技術由于不再需要軟件拼接，減小了出錯和數據扭曲的幾率；非常適用于掃描大型模型，例如人體，家具等。成像效果極佳。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及自動檢測和計算機
，尤其是涉及ー種獲得物體三維和顏色數據的系統和方法。
技術介紹
現有技術中的三維掃描設備都只能掃描50cm以內的小型模型，其掃描大型模型需要復雜的拼接算法，經過很多次掃描拼接而成，很容易出錯，并且精度不高。本方法通過對硬件和算法的同步改進，以達到一次性掃描大型模型的目的，理論上模型可以達到幾十米。并且不需要非常復雜的算法
技術實現思路
本技術的目的在于設計ー種新型的獲得物體三維和顏色數據的系統，解決上述問題。為了實現上述目的，本技術采用的技術方案如下ー種獲得物體三維和顏色數據的系統，包括采集頭和滑軌，所述采集頭在所述滑軌上滑動設置，所述采集頭包括光柵發生器、水平攝像頭和傾斜攝像頭，所述光柵發生器的光柵發射方向垂直于所述滑軌，所述水平攝像頭緊挨所述光柵發生器設置并且其拍攝方向平行于所述光柵發生器的光柵發射方向；所述傾斜攝像頭沿所述滑軌的延伸方向距離所述光柵發生器一端距離設置并且其拍攝方向與所述光柵發生器的光柵發射方向成夾角。所述光柵發生器的光柵發射方向、所述水平攝像頭的拍攝方向和所述傾斜攝像頭的拍攝方向在同一平面上。所述滑軌為由步進電機控制的滑軌，并且所述滑軌豎直設置。所述光柵發生器的散射角不超過O. 2rad，光柵的寬度不超過1mm。所述傾斜攝像頭沿所述滑軌的延伸方向距離所述光柵發生器Icm至100cm，并且其拍攝方向與所述光柵發生器的光柵發射方向成夾角的范圍為1°至90° ;所述水平攝像頭和所述傾斜攝像頭沿所述滑軌的延伸方向位于所述光柵發生器的兩側或者同側。所述傾斜攝像頭沿所述滑軌的延伸方向距離所述光柵發生器10cm，并且其拍攝方向與所述光柵發生器的光柵發射方向成夾角的范圍為45°。所述光柵發生器為激光發生器，所述水平攝像頭為高分辨率攝像頭。ー種獲得物體三維和顏色數據的方法，包括步驟如下步驟一，將被測物體放置在所述光柵發生器的光柵發射方向和所述傾斜攝像頭的拍攝方向的交點位置上，啟動所述光柵發生器、所述水平攝像頭和所述傾斜攝像頭，使光柵照射到被測物體方向上，則在所述被測物體方向產生ー個高亮光線；根據攝像頭的成像原理，會將光柵束經過的路經反映在所述水平攝像頭和所述傾斜攝像頭圖像中；步驟ニ，當被測物擋住光柵時，就會在所述被測物表面產生ー個高亮點，所述高亮點會反映在所述水平攝像頭和所述傾斜攝像頭取得的圖像中；步驟三，計算三維數據，假設所述傾斜攝像頭圖像橫向為X，縱向為Y，那么根據三角溝股定理，圖像中高亮點的Y值與其到光柵發生器的距離成比例并且該比例是線性的；設攝像頭與光柵發生器的垂直距離為H，光柵發生器到被測物的距離為L，攝像頭的偏離角度為a，攝像頭垂直分辨率為YR ;攝像頭產生的圖像里面光柵的成像點到圖像水平中間線的垂直距離為X，光柵線上距離點到攝像頭中軸線的距離為Y，從光柵發生器到攝像頭中軸線的距離為M，攝像頭成像平面與攝像頭的中軸線成直角；根據幾何定律我們可以知道角度b = (90。-a)Y與X的關系是Y = X/ sin (b) = X/sin (90° -a) M 的值 M = tan (a) *H光柵發生器到物體的距離L應該等于M+Y，即L = tan (a) *H+X/sin (90。-a)其中a和H為設備固定參數，所以L和X成比例關系，由此我們能夠獲得光柵所在位置的三維信息；步驟四，獲得顏色數據，由于所述水平攝像頭的攝像方向與光柵發射方向一致，所述水平攝像頭即獲得被測物體的顔色信息，即獲得被測物體顔色數據；其中，步驟三和步驟四不分先后順序。所述步驟三中的計算公式寫成算法并固化在單片機或者計算機內。所述步驟四中，當所述滑軌水平設置，所述水平攝像頭位于所述光柵發生器下方時，所述水平攝像頭即獲得所述光柵照射行以下若干行的顔色信息。本技術利用ー個高亮光柵和兩個廉價攝像頭，步進電機，導軌，實現對大型模型的表面三維和顏色數據的掃描，近距離時這個方法可以達到mm級別的精度，并且不受環境亮度干擾，通過硬件改進，簡化了軟件算法，容易生產和調試。本技術的有益效果可以總結如下1，本技術重新構建了硬件設計，大幅降低了軟件算法的難度，提高了掃描的精確度；2，本技術由于不再需要軟件拼接，減小了出錯和數據扭曲的幾率；非常適用于掃描大型模型，例如人體，家具等。成像效果極佳。附圖說明圖I為本技術的結構示意圖。圖2為本技術的原理示意圖。圖3為本技術的實物示意圖。具體實施方式為了使本技術所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本技術進行進一歩詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本技術，并不用于限定本技術。如圖I至圖3所示，該方法需要一個高亮光柵發生器，要求光柵的散射角不超過O.2rad，光柵的寬度不超過1mm。把光柵發生器水平放置，使光柵照射到模型上，在被測物體表面產生ー個高亮光線。使用ー個高分辨率彩色攝像頭放置在光柵發生器的正上方若干厘米處H(例如IOcm),攝像頭拍攝水平方向與光柵方向相同，豎直方向向光柵發生器方向偏離一定角度A(假設45度)。見附圖I。此時根據攝像頭的成像原理，會將光柵束經過的路經反映在圖像中。當被測物擋住光柵時，就會在被測物表面產生ー個高亮點，該高亮點會反映在攝像頭取得的圖像中，假設攝像頭圖像橫向為X，縱向為Y。那么根據三角溝股定理，圖像中高亮點的Y值與其到光柵發生器的距離成比例。該比例是線性的。其公式的參考值取決與攝像頭到光柵發生器的距離H和攝像頭偏離的角度A。此公式可以寫成算法固化在單片機或者計算機內。其原理見附圖2，具體公式如下攝像頭與光柵發生器的垂直距離為H，光柵發生器到被測物的距離為し攝像頭攝像頭的偏離角度為a，攝像頭垂直分辨率為YR。攝像頭產生的圖像里面光柵的成像點到圖像水平中間線的垂直距離為X，光柵線上距離點到攝像頭中軸線的距離為Y，從光柵發生器到攝像頭中軸線的距離為M，攝像頭成像平面與攝像頭的中軸線成直角。根據幾何定律我們可以知道角度b = (90。-a)Y與X的關系是Y = X/ sin (b) = X/sin (90° -a)M 的值M = tan (a) *H光柵發生器到物體的距離L應該等于M+Y，即L = tan(a)*H+X/sin (90° -a)其中a和H為設備固定參數，所以L和X成比例關系。由此我們可以獲得光柵所在位置的三維信息。在光柵發生器的下方平行放置ー個高分辨率攝像頭見附圖1，攝像方向與光柵方向致。此時，這個攝像頭可以獲得光柵照射行以下若干行的顔色信息。我們將這個光柵和兩個攝像頭一起固定在一個結構件上，稱為采集頭。然后將采集頭安裝在由步進電機控制的滑軌上。讓光柵垂直于滑軌方向照射在模型上，當采集頭在滑軌上平行移動時，就可以逐行掃描出模型的三維和顏色數據。其分辨率取決于滑軌的移動速度，其可掃描面積取決于滑軌的寬度和長度，見附圖3。這個方法重新構建了硬件設計，大幅降低了軟件算法的難度，提高了掃描的精確度，由于不再需要軟件拼接，減小了出錯和數據扭曲的幾率。非常適用于掃描大型模型，例如人體，家具等。成像效果極佳。以上通過具體的和優選的實施例詳細的描述了本技術，但本領域技術人員應該明白，本技術并不局限于以上所述實本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種獲得物體三維和顏色數據的系統，其特征在于，包括采集頭和滑軌，所述采集頭在所述滑軌上滑動設置，所述采集頭包括光柵發生器、水平攝像頭和傾斜攝像頭，所述光柵發生器的光柵發射方向垂直于所述滑軌，所述水平攝像頭緊挨所述光柵發生器設置并且其拍攝方向平行于所述光柵發生器的光柵發射方向；所述傾斜攝像頭沿所述滑軌的延伸方向距離所述光柵發生器一端距離設置并且其拍攝方向與所述光柵發生器的光柵發射方向成夾角。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉亮，
申請(專利權)人：劉亮，
類型：實用新型
國別省市：