發明公開了一種激光三維掃描模塊，其硬件構成示意圖如圖1所示，包括:半導體激光器和數碼攝像頭。半導體激光器產生用于投射的激光光束，投射的激光光束和實物的實體輪廓形成相交激光條紋104，數碼攝像頭用于同步采集所形成的相交激光條紋104的圖像信息。
[0033]本發明公開了一種自定位激光三維掃描便攜式智能設備，如圖3所示，包括:便攜式智能設備本體100、數碼攝像頭一 101、數碼攝像頭二 102、半導體激光器103、定位參考點105。由掃描應用程序通過硬件支持電路實現數碼攝像頭和半導體激光器的控制，用戶可以通過在一定范圍內任意移動實物106或自定位激光三維掃描便攜式智能設備100的相對空間位置完成整個實物的掃描。工作原理框圖如圖2所示，掃描過程如圖5所示。具體工作原理和掃描過程如下所述:1)在實物106上粘貼若干個定位參考點105，其制作應滿足易于數碼攝像頭捕捉、辨識和便于掃描應用程序處理，并保證在數碼攝像頭的每個視域內至少有三個以上的公共定位參考點105，且不在同一條直線上；2)放置好實物106后，開啟并運行便攜式智能設備的操作系統，啟動掃描應用程序，完成開機自檢和設備初始化；3)通過掃描程序開啟半導體激光器103，得到能夠清晰投射到實物106的激光光束，并與實物106相交形成相交激光條紋104 ;4)開啟數碼攝像頭一 101和數碼攝像頭二 102，同步采集相交激光條紋104的圖像數據，并配合移動便攜式智能設備100或實物106以完成整個實物的圖像數據采集；5)對采集到的圖像數據進行處理，得到三維模型的點云數據；6)進行三維模型點云數據的后續處理，包括三維重構、瀏覽、編輯和共享等。
[0034]本發明公開了一種自定位激光三維掃描便攜式智能設備，如圖4所示。其與圖3所示主要差別在于兩者的數碼攝像頭和半導體激光器布置方式不同，其余相同。
[0035]本發明公開了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如圖7所示，與自定位激光三維掃描便攜式智能設備相比在硬件上減少了定位參考點105，增加了多自由度數控工作臺107。便攜式智能設備100與多自由度數控工作臺107的數據通信方式可采用有線或無線的方式，由伺服馬達驅動傳動機構并配合位移光柵實現工作臺的閉環控制和運動。通過控制多自由度數控工作臺107帶動實物106產生相對便攜式智能設備本體100的移動，從而實現整個實物106的掃描。工作原理框圖如圖6所示，掃描過程如圖9所示。具體工作原理和掃描過程如下所述:1)將實物106裝夾到多自由度數控工作臺107合適位置上；2)根據設備100的具體掃描特性，調整好實物106與設備100相對位置后，固定設備100，并保持在整個掃描過程中位置不變；3)通過掃描程序開啟半導體激光器103，得到能夠清晰投射到實物106的激光光束，并與實物106相交形成相交激光條紋104 ;4)驅動多自由度數控工作臺107帶動實物106相對便攜式智能設備100運動；5)開啟數碼攝像頭一 101和數碼攝像頭二 102，同步采集相交激光條紋104的圖像數據，直至完成整個實物的圖像數據采集；6)對采集到的圖像數據進行處理，得到三維模型的點云數據；7)進行三維模型點云數據的后續處理，包括三維重構、瀏覽、編輯和共享等。
[0036]本發明公開了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，如圖8所示。其與圖7所示主要差別在于兩者的數碼攝像頭和半導體激光器布置方式不同，其余相同。
[0037]本發明公開了一種數碼攝像頭內置、半導體激光器外置的激光三維掃描便攜式智能設備，如圖10所示。數碼攝像頭一 101和數碼攝像頭二 102內置于便攜式智能設備100，半導體激光器103外置于便攜式智能設備100，半導體激光器103由外部控制激光器的開關、激光線寬的調節和運動掃描。其與圖3、4、7和8的主要區別在于圖10所示半導體激光器103外置于便攜式智能設備100，由外部獨立提供支持和控制。
【主權項】
1.一種基于激光三維掃描的便攜式智能設備，其特征在于，包括:激光三維掃描模塊、掃描應用程序和便攜式智能設備本體，其中: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；所述的掃描應用程序控制激光掃描硬件資源、同步采集光學圖像、處理圖像、生成點云數據、重構三維模型和后處理；所述的便攜式智能設備本體是作為軟、硬件資源平臺的智能手機或智能平板。2.根據權利要求1所述的便攜式智能設備，其特征在于，所述的數碼攝像頭由光學鏡頭、C⑶或CMOS圖像傳感器組成。3.根據權利要求2所述的便攜式智能設備，其特征在于，所述的數碼攝像頭內置于便攜式智能設備，數量至少1個。4.根據權利要求1所述的便攜式智能設備，其特征在于，所述的半導體激光器的類型可以是點或線形光束，所述的線形光束可以是“一”字形、“十字”形、多平行線形或網格形。5.根據權利要求4所述的便攜式智能設備，其特征在于，所述的半導體激光器可以內置或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提供支持和控制。6.根據權利要求1所述的便攜式智能設備，其特征在于，利用隨機定位參考點進行自定位或利用附加多自由度數控工作臺進行輔助定位。7.根據權利要求6所述的便攜式智能設備，其特征在于，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。8.根據權利要求6所述的便攜式智能設備，其特征在于，所述的多自由度數控工作臺能夠實現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，與所述的便攜式智能設備的數據通信方式采用有線或無線的方式。
【專利摘要】本發明公開了基于激光三維掃描的便攜式智能設備，利用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，可以快捷、準確地獲得待掃描實物的三維數據。所述的激光三維掃描模塊由半導體激光器和數碼攝像頭組成，半導體激光器的類型可以是點或線形光束，用來作為投射激光光束的光束發射器，數碼攝像頭由光學鏡頭、CCD或CMOS圖像傳感器組成，用來作為同步采集待掃描實物輪廓與投射激光光束相交產生的激光條紋的圖像接收器。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。
【IPC分類】G01B11/24
【公開號】CN105277140
【申請號】CN201510767645
【發明人】廉振紅, 鄭煥平, 高楊, 王增勝, 董彬, 閆元峰, 楊仲磊
【申請人】楊仲磊
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年11月11日