[发明专利]基于双目协同激光的3D扫描装置及扫描方法

说明书

基于双目协同激光的3D扫描装置及扫描方法，本发明涉及3D扫描装置及扫描方法。本发明的目的是为了解决现有点云扫描方案方案结构复杂、繁琐；生成的点云精度低，难以满足工业生产的需求的问题。基于双目协同激光的3D扫描装置包括：双目相机、步进电机、激光器、电机控制器；所述双目相机包括左摄像头、右摄像头和双目连接固定件；左摄像头与右摄像头通过双目连接固定件连接；步进电机上设置激光器，步进电机与电机控制器通过连接件连接；电机控制器控制步进电机移动，步进电机带动激光器移动，激光器将激光发射至扫描物体后，双目相机对扫描物体进行拍照。本发明用于3D扫描领域。

技术领域

本发明涉及3D扫描装置及扫描方法。

背景技术

3D点云数据是工件智能识别、抓取、缺陷检测的基础，质量良好的3D点云数据可以加快识别速度，适用更多需求。

当前常见的点云扫描方案主要有三种，一种为单相机配合激光线平动扫描，一种为使用标定后的双目(多目)结构拍摄扫描物体照片，之后对照片进行处理生成点云数据。第三种为面阵结构光方案，使用相机配合投影仪组建类似双目的系统结构，投影、拍摄得到对应的点云数据。

单相机配合激光器方案生成的点云精度较高，但扫描速度，且在扫描过程中需要使用编码器根据整体结构运动的位置发射信号，控制相机拍摄照片。然后对照片进行处理，在计算的过程中，相机与扫描物体的相对位置发生变化，需使用相应算法转换每一帧数据的计算位置。整体来说，此方案精度高，但结构复杂、繁琐。

双目(多目)方案使用双目直接拍摄扫描物体相片，处理左右图像得到对应的特征点对，根据标定的参数与特征点对的视差直接计算特征点的3D位置，并对其他位置进行计算填充。此方案的优点为扫描速度快、计算速度快，且计算坐标统一，使用过程相对简单。但由于在图像中选取特征点对时，存在误匹配，导致双目方案生成的点云精度低，难以满足工业生产的需求。

结构光方案本质是双目方案的一个变种，使用投影仪投影指定编码的结构光，同时使用相机拍摄对应的结构光的照片。之后对所有照片根据投射的图片进行解码运算，照片上每个像素点都存在一组独特的编码。相当于人工为双目相机添加了对应的特征点对，固此方案拥有双目方案的所有优点，且计算精度较高。但投影的结构光为对外界光源敏感，对扫描物体本身的结构反光敏感，扫描时存在阴影遮挡，生成的点云精度低的问题。如果扫描物体为一些金属工件堆叠而成，扫描效果将大打折扣。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有点云扫描方案方案结构复杂、繁琐；生成的点云精度低，难以满足工业生产的需求的问题，而提出基于双目协同激光的3D扫描装置及扫描方法。

基于双目协同激光的3D扫描装置包括：双目相机、步进电机、激光器、电机控制器；

所述双目相机包括左摄像头、右摄像头和双目连接固定件；

左摄像头与右摄像头通过双目连接固定件连接；

步进电机上设置激光器，步进电机与电机控制器通过连接件连接；

电机控制器控制步进电机移动，步进电机带动激光器移动，激光器将激光发射至扫描物体后，双目相机对扫描物体进行拍照。

基于双目协同激光的3D扫描方法具体过程为：

步骤一、电机控制器控制步进电机移动，步进电机带动激光器旋转，激光器将激光发射至扫描物体；

步骤二、对当前的双目相机进行标定，标定后获取双目相机中左右相机各自的内参矩阵、畸变矩阵，及双目校准矩阵、相对位置矩阵；

步骤三、调节双目相机的光圈大小、曝光时间，使左右相机图像达到仅能看到激光线；