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明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些圖獲得其他的附圖。
[0040]圖1是本發明一實施例提供的多線陣列激光三維掃描系統的結構示意圖；
[0041]圖2為本發明一實施例提供的多線陣列激光三維掃描設備的結構示意圖；
[0042]圖3是本發明一實施例提供的可編程門陣列FPGA工作方法的流程示意圖；
[0043]圖4為本發明一實施例提供的上位機對激光線陣列進行編碼方法的流程示意圖；
[0044]圖5為本發明一實施例提供的基于多線陣列激光三維掃描系統進行三維掃描方法流程示意圖；
[0045]圖6為本發明另一實施例提供的基于多線陣列激光三維掃描系統進行三維掃描方法流程示意圖。
【具體實施方式】
[0046]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0047]首先對本申請中的多線陣列激光三維掃描系統進行說明，如圖1所示，其中所述多線陣列激光三維掃描系統包括可編程門陣列FPGA、至少一個視覺圖像傳感器、線激光器陣列、誤差反饋控制器和上位機，該上位機可以理解為操控設備，例如:計算機。其具有激光線編碼解碼、三維重建、光學跟蹤定位和誤差評估計算的功能。
[0048]本發明基于可編程門陣列FPGA實現多線陣列激光三維掃描系統的精確同步和邏輯控制，采用群組線激光器陣列作為投影圖案光源，多激光線編碼解碼單元對激光線進行標號識別，光學跟蹤技術對動態特征點定位配準進行預測和糾錯，實時進行測量誤差等級評估并反饋至硬件系統做出調整指示，從而完成低成本、高效率、高可靠性和高精度的激光三維掃描。
[0049]在一種多線陣列激光三維掃描系統中包括:多線陣列激光三維掃描設備和上位機，如圖2所示，所述多線陣列激光三維掃描設備包括可編程門陣列FPGA101、至少一個視覺圖像傳感器102、線激光器陣列103和誤差反饋控制器104，所述可編程門陣列FPGA101與所述立體視覺圖像傳感器102、線激光器陣列103和誤差反饋控制器104分別相連，所述上位機105分別與所述可編程門陣列FPGA101和立體視覺圖像傳感器102相連；
[0050]所述可編程門陣列FPGA101，用于向所述線激光器陣列103發送第一觸發信號，以使所述線激光器陣列103根據所述第一觸發信號頻閃照射被測物體的表面；
[0051]所述可編程門陣列FPGA101，還用于向所述立體視覺圖像傳感器102發送第二觸發信號，以使所述立體視覺圖像傳感器102根據所述第二觸發信號對被測物體進行曝光拍攝，并將拍攝的圖像對發送至上位機；
[0052]所述上位機，還用于對測量數據實時進行誤差評估并將評估結果反饋至可編程門陣列FPGA ；
[0053]所述可編程門陣列FPGA，還用于在接收到所述上位機反饋的評估結果后，根據所述評估結果向所述誤差反饋控制器發送控制信號，并根據所述評估結果調整所述激光三維掃描設備與被測物體的距離；
[0054]所述上位機105，還用于對所述立體視覺圖像傳感器102拍攝的圖像對中被測物體的表面反射的激光線進行編碼解碼，使得各條激光線段被唯一編碼識別。
[0055]所述上位機105，還用于對所述立體視覺圖像傳感器102拍攝的圖像對中被測物體特征點以及所述被測物體的表面反射的激光線進行三維重建。
[0056]所述上位機105，還用于對所述立體視覺圖像傳感器102拍攝的圖像對中光學特征點進行跟蹤定位，并以跟蹤到的特征點為基準參考建立不同時間幀上特征點集間的匹配對應關系并計算空間定位關系，再根據空間定位關系將不同時間幀上的三維激光線數據配準到同一坐標系中，并對激光線進行拼接，形成描述物體形面的點云。同時，預測下一幀二維和三維特征運動軌跡。
[0057]上述系統通過可編程門陣列FPGA實現多線陣列激光三維掃描系統的精確同步和邏輯控制，采用線激光器陣列作為投影圖案光源，通過可編程門陣列FPGA向立體視覺圖像傳感器和線激光器陣列發送觸發信號，使得上位機接收到立體視覺圖像傳感器拍攝的圖像對，并對該圖像對中的激光線陣圖案進行編碼解碼及三維重建，對被測物體表面特征點進行三維重建和不同時刻間三維特征點匹配對齊，采用光學跟蹤技術對匹配計算進行預測和糾錯，用于時域激光三維掃描數據的配準拼接，同時實時進行測量誤差等級評估并反饋至誤差反饋控制器做出調整指示，從而完成低成本、高效率、高可靠性和高精度的激光三維掃描。
[0058]具體的，上述所述可編程門陣列FPGA101，還用于接收所述上位機發送的預設脈沖觸發信號和預設曝光時間，根據所述預設脈沖觸發信號，向所述線激光器陣列發送第一觸發信號，根據所述預設曝光時間向所述立體視覺圖像傳感器發送第二觸發信號。
[0059]下面分別對上述系統中各部分的功能進行詳細說明。
[0060]可編程門陣列FPGA101與立體視覺圖像傳感器102、線激光器陣列103以及誤差反饋控制器104分別連接。所述可編程門陣列FPGA，還用于接收所述上位機發送的預設脈沖觸發信號和預設曝光時間，并根據所述預設脈沖觸發信號，向所述線激光陣列發送第一觸發信號，根據所述預設曝光時間向所述立體視覺圖像傳感器發送第二觸發信號。FPGA101向立體視覺圖像傳感器102和線激光器陣列103發送脈沖觸發信號，精確控制線激光器陣列103的頻閃照射以及立體視覺圖像傳感器102的同步拍攝；FPGA101與上位機105通訊，將上位機105反饋的測量誤差評估等級轉化為邏輯信號控制誤差反饋控制器104作出調整指示。FPGAlOI精確同步控制的具體流程參照圖3，在S301中，通過上位機105人機交互設定掃描頻率；S302中，上位機105與立體視覺圖像傳感器102通訊，檢測預先設定的圖像采集曝光時間；S303中，上位機105將上述曝光時間發送至FPGAlOI ;S304中，FPGA101根據接收到的曝光時間以及掃描頻率設定脈沖信號輸出寬度及觸發輸出頻率；S305中，FPGAlOI向線激光器陣列103以及立體視覺圖像傳感器102分別發出脈沖觸發信號；S306中，光學元件(包括線激光器陣列103以及立體視覺圖像傳感器102上可能附加的輔助照明光源等)在脈沖信號上升沿通電亮起；S307中，立體視覺圖像傳感器102在脈沖信號上升沿開始曝光；S308中，立體視覺圖像傳感器曝光結束，完成一次圖像對采集；S309中，光學元件在脈沖下降沿斷電熄滅；S310中，硬件設備等待FPGA101下一次觸發即循環至S305。
[0061]立體視覺圖像傳感器102是一種多目圖像傳感器，由兩個或兩個以上的多個光學相機組成，多個光學相機間的結構相對固定，且相機間的相對位置關系和相機內部參數是已知的，多個相機接收FPGA101發出的觸發脈沖信號，在同一時間點曝光采集圖像，每次采集的多幅圖像組成一組立體匹配圖像對，通過相機傳輸線纜傳送至上位機105，用于三維重建。所述視覺傳感器中設置有照明裝置，所述照明裝置的照射時間與所述視覺傳感器的曝光時間同步。可選地，立體視覺圖像傳感器102包括一種輔助照明設備，用于增加圖像采集傳感器采集到的被測物體表面的反射光強度，例如，一種與圖像采集傳感器光學鏡頭外圓輪廓同心的環形LED燈，且通過相機自身的信號輸入輸出接口與相機連接，該接口輸出的閃光燈信號功能可以控制LED燈進行與相機采集同步的頻閃工作。為便于說明，本實施例以雙相機的立體視覺圖像傳感器為例，如圖2結構示意圖所示，雙相機以上下結構布置，故上方相機簡稱為上相機，下方相機簡稱為下相機。
[0062]線激光器陣列103由多個線激光器按照矩陣式的排列方式組成，線激光器間位置關系相對固定，激光器陣列103與立體視覺圖像傳感器102間位置關系相對固定。線激光器陣列103接收FPGA101發送的脈沖觸發信號，在信號上升沿通電亮起，在信號下降沿斷電熄滅。線激光器陣列103照射到被測物體表面的投影圖案由激光器的排列方式決定。多個線激光器的排列方式可以是多樣的，通過不同的結構排列，可以投射出不同的投影圖案，例如，一種平行的排列方式，即激光器沿激光線方向一致排列，使得多條激光線平行出射，當激光陣列垂直投影在一個平面上時，投影圖案為一組平行線；一種矩陣式的排列方式，當激光陣列垂直投影在一個平面上時，投影圖案為一組網格線；一種隨機的排列方式，當激光陣列垂直投影在一個平面上時，投影圖案為一組無序的直線簇。其中，矩陣陣列的優點是在有限的設備空間內可以獲得最大化數量的激光線陣列，以提升掃描效率，并且便于后續的激光線編碼實現，因此本實施例以矩陣式的激光器排列方式為例，如圖2中的部件103所示。
[0063]誤差反饋控制器104包含一個變色LED燈、一個通訊輸入接口和一個通訊輸出接口。誤差反饋控制器104通過通訊輸入接口接收FPGA101發送的邏輯信號，LED燈基于紅、綠、藍三種基色組合可發出至少5種以上顏色的光，不同顏色的光代表不同的工作距離指示，所述可編程門陣列FPGA，用于向所述誤差反饋控制器發送所述三維掃描距離的指示信息，以使所述誤差反饋控制器根據所述指示信息輸出與所述指示信息對應的指示燈光。例如，指示燈顯示為綠色時，表示工作距離在合理范圍內；指示燈顯示為其它顏色時，表示工作距離不在合理范圍內，或太近或太遠，該指示可幫助人工操作時實時調整工作距離。所述上位機上還設置有通訊接口，所述通訊接口用于向與所述上位機連接