一種基于激光三維掃描的便攜式智能設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種便攜式智能設備，特別是涉及一種能夠獲取實物三維數據的便攜式智能設備。
技術背景
[0002]當前，隨著信息化和智能制造的不斷發展以及萬眾創新、私人定制時代的來臨，三維數據在整個國民經濟活動中的地位將越來越重要，其應用也將會變得越來越普遍。同時，隨著手機、平板等便攜式智能終端設備的普及，使得人們獲取外界信息的方式和種類越來越多樣化和快捷。
[0003]有鑒于此，快捷和準確地獲取實物三維數據的功能將會成為未來便攜式智能設備的標配功能，此功能也將會是用戶日常頻繁使用的功能，如同目前便攜式智能設備所常用的標配功能:錄制聲音、拍攝照片和視頻、定位地理位置等功能。
[0004]發明人發現當前現有技術至少存在以下問題:
[0005]現有的便攜式智能設備能獲取諸如:音頻、圖像、視頻、加速度和地理位置等外界信息，尚不能低成本、快捷、準確地獲取實物的三維數據，同時目前工業、醫療、娛樂業所應用的專業級激光三維掃描儀體積和外設過大、價格高昂，不便于普通用戶隨身攜帶和大面積推廣使用。
【發明內容】
[0006]為了解決現有技術中普通便攜式智能設備尚無法獲取實物三維數據的功能，本發明公開了一種基于激光三維掃描的便攜式智能設備，此智能設備可以快捷、準確地獲取實物的三維數據，以供后續的瀏覽、編輯、分析、共享和制造。
[0007]本發明的目的是利用現有智能手機或智能平板作為軟、硬件資源平臺，通過增加激光三維掃描模塊和掃描應用程序，并配合一定的操作步驟實時獲取實物的三維數據。具體的方案如下:
[0008]所述的激光三維掃描模塊由數碼攝像頭和半導體激光器組成，用于實現投射掃描的激光光束和同步采集光學圖像數據。所述的數碼攝像頭光軸與所述的半導體激光器投射軸線成一定角度，在一定范圍內同步采集實物輪廓與投射激光光束相交產生的激光條紋的圖像數據。
[0009]所述的數碼攝像頭由光學鏡頭、(XD或CMOS圖像傳感器組成，用來作為同步采集光學圖像數據的接收器。所述的數碼攝像頭內置于便攜式智能設備，數量至少1個。所述的數碼攝像頭的標定、校正、初始化以及拍攝控制由便攜式智能設備軟、硬件平臺提供支持和控制。
[0010]所述的半導體激光器的類型可以是點或線形光束，線形光束可以是“一”字形、“十字”形、多平行線形或網格形，用來作為投射激光光束的發射器。所述的半導體激光器可以內置也可以外置于便攜式智能設備，數量至少1個。所述的內置半導體激光器由便攜式智能設備提供支持和控制，所述的外置半導體激光器由外部獨立提供支持和控制。
[0011]所述的掃描應用程序主要作用是實現對激光掃描硬件資源的控制、光學圖像的同步采集、圖像處理、點云數據的生成、三維重構和后處理等。
[0012]為了完整獲取實物的三維數據需要改變便攜式智能設備和實物的相對空間位置，然后將在多個不同相對空間位置所獲取的局部區域內的三維點云數據拼接并統一到同一個總體坐標系下，從而得到整個實物的三維數據。
[0013]本發明所述的點云數據拼接方式可采用兩種方式:一種是利用隨機分布于實物上的多個定位參考點進行自定位數據拼接；另一種是利用附加多自由度數控工作臺進行輔助定位數據拼接。
[0014]所述的定位參考點滿足以下規則:每一幅在不同位置采集到的光學圖像中至少有三個公共的并且被有效識別的定位參考點；所述的三個公共的并且被有效識別的定位參考點不能在同一條直線上；定位參考點的總數量按照實物的復雜程度確定，參考點的位置是隨機的。
[0015]所述的附加多自由度數控工作臺用于實現工作臺及其上的實物關于三個平移自由度和三個旋轉自由度其中若干個自由度的運動和位置控制。
[0016]進一步的，針對所述的自定位激光三維掃描，所述的掃描應用程序主要具有以下功能:1.數碼攝像頭或半導體激光器的控制；2.圖像數據的同步采集；3.圖像數據的處理；4.點云數據的生成；5.三維重構、瀏覽、編輯和共享等后續處理。
[0017]進一步的，針對所述的附加多自由度數控工作臺進行輔助空間定位的激光三維掃描，所述的掃描應用程序主要具有以下功能:1.數碼攝像頭、多自由度數控工作臺或半導體激光器的控制；2.圖像數據的同步采集；3.圖像數據的處理；4.點云數據的生成；5.三維重構、瀏覽、編輯和共享等后續處理。
[0018]所述的圖像數據的處理和點云數據的生成指的是采用機器視覺圖像處理技術和視覺三角法測量原理對所采集到的圖像數據進行在線或離線的濾波、閾值分割、激光條紋細化、定位參考點匹配、多個數碼攝像頭特征點的數據擬合、點云數據的坐標轉換和生成。
【附圖說明】
[0019]為了更加清楚地說明本發明實現的技術方案和實施例，下面對技術方案或實施例描述中所需要使用的附圖作介紹，顯然，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些技術方案和實施例，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，還可以根據這些附圖獲取其他的附圖。
[0020]圖1為一種激光三維掃描模塊硬件構成示意圖；
[0021]圖2為一種自定位激光三維掃描便攜式智能設備的工作原理框圖；
[0022]圖3為一種自定位激光三維掃描便攜式智能設備的示意圖；
[0023]圖4為一種自定位激光三維掃描便攜式智能設備的示意圖；
[0024]圖5為一種自定位激光三維掃描便攜式智能設備的掃描過程示意圖；
[0025]圖6為一種附加多自由度數控工作臺進行輔助定位的激光三維掃描便攜式智能設備的工作原理框圖；
[0026]圖7為一種附加多自由度數控工作臺進行輔助定位的激光三維掃描便攜式智能設備的不意圖；
[0027]圖8為一種附加多自由度數控工作臺進行輔助定位的激光三維掃描便攜式智能設備的不意圖；
[0028]圖9為一種附加多自由度數控工作臺進行輔助定位的激光三維掃描便攜式智能設備的掃描過程示意圖；
[0029]圖10為一種內置數碼攝像頭、外置半導體激光器的激光三維掃描便攜式智能設備的不意圖。
[0030]其中:100-便攜式智能設備本體，101-數碼攝像頭1，102-數碼攝像頭2，103-半導體激光器，104-相交激光條紋，105-定位參考點，106-實物，107-多自由度數控工作臺。
【具體實施方式】
[0031]為了使本發明實現的技術方案、創作特征和目的能夠更加清楚、完整，以下結合附圖進行進一步的闡述。顯然，所闡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。本領域普通技術人員在沒有付出創造性勞動前提下，基于本發明中的實施例所獲取的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0032]本