[发明专利]一种扫描系统及扫描方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维扫描技术领域，特别涉及一种扫描系统及扫描方法。

背景技术

现有的扫描装置一般借用一字与十字激光线构建三维扫描坐标系，之后再生成三维点云，容易受到角度的局限于干扰，需要对同一处物体进行多次扫描，切容易造成失误。而且传统的白光三维扫描仪或者红外三维扫描仪对物体材质要求比较好，不能识别黑色或者多材质的纹理，而且所生成的数据需要进行人工的后处理以实现物体阴模的计算。

现有的手持式的激光三维扫描仪，虽然可以多角度扫描，但是需要复数的人工参与，所导致的是扫描效率与误差比较高。

而传统的搭配转台的三维扫描仪一般采用扫描仪固定，转台带动物体运动的模式进行数据识别，需要对转台的旋转位置及角度做固定，且需要多次扫描识别物体的细节，效率低，扫描数据容易有破洞。

发明内容

本发明要解决现有技术的问题，提供一种扫描系统及扫描方法，。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种扫描系统，包括前支架和后支架，所述后支架,所述后支架上设有导轨，导轨上架设有扫描仪，扫描仪前侧中间位置设有激光发射器，用于投射激光线结构光，激光发射器两侧设有至少一对摄像机，用于采集图像数据；所述前支架上设有可前后转动的转轴，转轴上固定有转台，转台上表面具有可圆周转动的转盘，扫描时，被测实物固定在转盘上。结构光三维扫描的计数原理是将激光或者白光或者蓝(绿)光投射到待测物体的表面，利用阵列相机获取多幅图像，根据多幅图像之间的差别处理计算目标的坐标，获取多个点的空间坐标，生成点云，多幅点云之间的快速拼接构建了三维模型，得到物体的表面轮廓信息。

作为优选，所述前支架和所述后支架之间通过横杆连接。两者的位置固定，可得到一些扫描时需要的数据信息，如物距、像距等。

作为优选，所述摄像机为两对，距离较近的一对摄像机用于采集尺寸较小的被测实物图像数据，距离较远的一对摄像机用于采集尺寸较大的被测实物图像数据。

作为优选，所述转台数量为两个，可同时扫描两个被测实物，并且使用距离较远的一对摄像机。

作为优选，所述转轴数量为两个且由不同的电机驱动，既可以单独扫描，也可以两个同时扫描。并且实现了连续扫描，例如当左侧开始扫描时，右侧做相应准备工作，左侧扫描完成立刻切换到右侧扫描，左侧开始做相应准备工作，如此反复。

一种基于上述扫描系统的扫描方法，包括以下步骤：

(1).将被测实物放置的底部到转台的转盘上并固定；

(2).摄像机采集被测实物图像信息，激光发射器向被测实物发射激光线结构光，计算表面深度信息得到三维坐标；

(3).扫描仪沿导轨左右滑动一定距离后重复步骤(2)，通过连续的滑动连续采集图像信息和计算三维坐标；

(4).启动转台使被测实物旋转一定角度，或者启动转轴使转台及其上的被测实物通过前后旋转一定角度；

(5).重复步骤(2)和步骤(3)；

(6).重复步骤(4)和步骤(5)；

(7).通过多轴运动，对被测实物进行全方位扫描，生成被测实物的全轮廓三维坐标,并构建三维模型；

(8).设定一个直径不小于被测实物最长直径的球体三维模型；

(9).将被测实物的三维数据导入到球体中，一般被测实物最长直径的中点与球心重合，通过负数计算，删除球体中的三维数据部分，计算得到被测实物的反向三维模型，即阴模。

作为优选，所述步骤(2)中计算被测实物三维坐标的具体步骤如下：

(2-1).设被测物体坐标系为OXYZ，相机坐标系为O'X'Y'Z'，O O'上的透镜F，OZ’与XOZ在同一平面，可知ZOZ’的夹角为α，则XOO’的夹角为

(2-2).设被测物体上的一个点P₁(X₁，Y₁，Z₁)，P₁在相机光敏面上对应的点为P₂(X₂，Y₂)；

(2-3).设X₁FO的夹角为θ₁，已知物距U、像距V，则：

由此可知X₁与X₂的对应关系为：