[发明专利]一种基于机器视觉的激光三维扫描仪及扫描方法

说明书

本发明属于扫描设备技术领域，尤其是一种基于机器视觉的激光三维扫描仪，其包括机械部件、硬件部分和软件部分，所述机械部件包括壳体以及与壳体相适配的电池座，壳体的一侧呈上下对称设有两个相机，壳体的一侧对称设有两个位于对应相机外侧的补光灯，壳体的一侧对称设有两个位于两个相机之间的激光头，且两个相机、两个激光头和两个补光灯均与电池座电性连接，电池座的一侧设有充电接口，它还公开了扫描方法。本发明中，利用三维激光测量系统的算法可以大大提高测量的精度，并且无需在固定距离进行测量，提高了测量的灵活性，使得整个测量设备操作更加的简单、方便，同时也便于携带，提高了实用性。

技术领域

本发明涉及扫描设备技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的激光三维扫描仪及扫描方法。

背景技术

三维激光扫描技术是国际上近期发展的一项高新技术。随着三维激光扫描仪在工程领域的广泛应用，这种技术己经引起了广大科研人员的关注。光学三维测量法是目前主要的测量方法，如散斑线结构光、光栅、激光扫描。激光扫描相对来说硬件结构简单，对环境依赖少，最适合用于结构复杂的三维扫描。利用三维激光扫描技术获取的空间点云数据，可快速建立结构复杂、不规则的场景的三维可视化模型。

现有的激光三维扫描仪在扫描物体时容易必须依靠被测物体和测量设备间的固定距离，导致测量十分不便，同时现有测量仪不便携带，操作复杂，因此我们提出了一种基于机器视觉的激光三维扫描仪及扫描方法，用于解决上述所提出的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在扫描物体容易必须依靠被测物体和测量设备间的固定距离，现有测量设备的不便携性，操作复杂等缺点，提出的一种基于机器视觉的激光三维扫描仪及扫描方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于机器视觉的激光三维扫描仪，包括机械部件、硬件部分和软件部分：

所述机械部件包括壳体以及与壳体相适配的电池座，壳体的一侧呈上下对称设有两个相机，壳体的一侧对称设有两个位于对应相机外侧的补光灯，壳体的一侧对称设有两个位于两个相机之间的激光头，且两个相机、两个激光头和两个补光灯均与电池座电性连接，电池座的一侧设有充电接口，壳体远离相机的一侧设有多个USB接口以及控制开关按钮；

所述硬件部分包括ARM芯片和MCU；

采用所述ARM芯片控制整个硬件系统，并和工控机之间通过USB接口传输图像和数据信息；

采用所述MCU的硬件中断计时器输出触发信号，保证相机和激光头同步；

所述软件部分包括系统的标定、激光点云线的提取、提取点的跟踪和优化、三维模型的后处理、三维重建系统以及三维轮轨测量系统的研发。

优选的，所述系统的标定为内置参数的标定、双目摄像机的标定和激光平面的标定。

优选的，所述激光点云线的提取是在图像预处理时，采用中值滤波方法去除杂质，再利用Canny算法对图像边缘进行提取，滤掉其它杂质点和误差较大的边缘点，最后获得消除背景影响的激光线和标志点。

优选的，所述提取点的跟踪和优化为提取到关键的标志点后，需要进行实时跟踪和匹配，最后拼接成三维廓形。

优选的，所述三维重建系统是在被检测物体上贴反光标志点，实时计算三维点云，跟踪扫描仪的位置姿态，离线优化得到精细的三维重建模型。

优选的，所述三维轮轨测量系统的研发包括测量系统结构的设计、硬件的设计、软件算法的设计以及人机交互式软件的研究。

优选的，所述相机的触发信号和激光头的触发信号相位独立可调，调整输出触发的相位保证激光头发出的时间和相机采集的时间同步。

一种基于机器视觉的激光三维扫描方法，包括如下步骤：