本技術(shù)屬于三維建模，具體涉及一種結(jié)構(gòu)光三維建模圖像采集裝置。

背景技術(shù)：

1、三維建模是指利用計算機(jī)視覺技術(shù)將物體的形狀、大小、顏色等信息轉(zhuǎn)化為三維模型的過程。目前常用的三維建模方法主要包括以下幾種：

2、一、手動模型化；人工測量對象體面的尺寸和形狀，利用繪圖軟件手動建模。主要優(yōu)點是精度高，模型準(zhǔn)確符合實物，高度自由，且可以改變細(xì)節(jié)。但缺點也明顯，效率低，工作量大，主觀因素影響較大，難以處理復(fù)雜形狀。

3、二、攝影測量；利用多張數(shù)字相機(jī)拍攝物體從不同角度和距離的照片。通過標(biāo)定計算相機(jī)內(nèi)外參數(shù)，然后通過多視圖匹配重建出三維物體幾何信息。主要算法為多視圖立體匹配重建，這種方法速度快但精度一般，且容易受到光照條件的影響。

4、三、激光掃描；通過高功率激光器發(fā)出脈沖光線，當(dāng)光線照射到物體表面時，部分光線被反射回來，經(jīng)過測距儀測量返回光線的時間，再根據(jù)光速和時間計算出物體表面的空間坐標(biāo)。通過這種方式掃描整個物體表面，得到大量的點云數(shù)據(jù)，這種方法精度高但成本高。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本實用新型的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種結(jié)構(gòu)光三維建模圖像采集裝置，能夠消除手動制作模型的主觀誤差，提供電平觸發(fā)投影與上升沿觸發(fā)投影兩種測量模式，可適應(yīng)不同環(huán)境下的測量要求，以解決調(diào)整設(shè)備的成本與三維建模效率無法兼顧的問題。

2、為了達(dá)到上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案：

3、一種結(jié)構(gòu)光三維建模圖像采集裝置，包括激光投影器、圖像采集模塊、光學(xué)支架以及同步觸發(fā)器；

4、圖像采集模塊包括工業(yè)相機(jī)及工業(yè)鏡頭；激光投影器和工業(yè)相機(jī)分別固定在一個光學(xué)支架上；同步觸發(fā)器分別與工業(yè)相機(jī)和激光投影器連接；

5、激光投影器，用于向被建模物體投射包含結(jié)構(gòu)光信息的圖案；

6、圖像采集模塊，用于采集建模主體以及包含結(jié)構(gòu)光信息的建模圖像；

7、光學(xué)支架，用于調(diào)整和固定激光投影器和圖像采集模塊的相對位置、俯仰角及方位角；

8、同步觸發(fā)器，用于發(fā)送觸發(fā)信號控制激光投影器投影時機(jī)和圖像采集模塊采集圖像的時機(jī)及時長。

9、本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果：

10、1、本裝置通過光學(xué)器件的組合與結(jié)構(gòu)的設(shè)計，使得結(jié)構(gòu)光裝置可以靈活工作在不同環(huán)境，通過調(diào)整激光發(fā)射器和圖像采集模塊的相對位置和角度，能適應(yīng)不同的工作距離和光線條件，也能夠在黑暗環(huán)境進(jìn)行三維建模，有效提升了裝置的實用性。

11、2、本裝置可有效擴(kuò)大三維測量的實際范圍，圖像采集模塊部分工業(yè)相機(jī)結(jié)合廣角鏡頭的組合，可以實現(xiàn)較大范圍的單次三維掃描，擴(kuò)大了結(jié)構(gòu)光三維測量的有效范圍。

12、3、本裝置在進(jìn)行投影與成像過程中，采用同步觸發(fā)器控制結(jié)構(gòu)光圖案的投影與采集，激光投影器采用上升沿觸發(fā)，接收到觸發(fā)信號后按既定投影參數(shù)進(jìn)行一組結(jié)構(gòu)光圖像的投影，一組結(jié)構(gòu)光圖像可同時包含八位二進(jìn)制相移圖案和一位二進(jìn)制格雷碼圖案，圖像采集模塊采用電平觸發(fā)的方式，通過同步觸發(fā)器的電平觸發(fā)時間進(jìn)行不同時間的曝光，進(jìn)行圖像采集，有效提升了圖案投影的效率與圖像采集的質(zhì)量和效率。

13、4、本裝置成本較低，采用普通低價cmos傳感器工業(yè)相機(jī)和單色激光器，在結(jié)構(gòu)簡單的同時能保持良好的結(jié)構(gòu)光三維建模圖像采集的性能，有效降低了結(jié)構(gòu)光三維建模全系統(tǒng)成本。

14、5、本裝置結(jié)構(gòu)簡單實用，能夠滿足各種模式的三維重建需求；通過調(diào)整激光投影器的投影圖案與同步觸發(fā)器的電平延時，可實現(xiàn)整體重建過程中所需圖案的精準(zhǔn)采集并避免采集圖案的時間錯位和圖像缺失問題。

技術(shù)特征：

1.一種結(jié)構(gòu)光三維建模圖像采集裝置，其特征在于，包括激光投影器、圖像采集模塊、光學(xué)支架以及同步觸發(fā)器；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種結(jié)構(gòu)光三維建模圖像采集裝置，其特征在于，激光投影器具體采用引腳接口線或usb線與同步觸發(fā)器連接，接收同步觸發(fā)器的上升沿控制信號，實現(xiàn)不同的投影時機(jī)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種結(jié)構(gòu)光三維建模圖像采集裝置，其特征在于，工業(yè)相機(jī)具體采用引腳接口線或根據(jù)實際型號的標(biāo)配線纜與同步觸發(fā)器連接，接收高電平控制信號，實現(xiàn)控制工業(yè)相機(jī)的曝光時機(jī)和曝光時長。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種結(jié)構(gòu)光三維建模圖像采集裝置，其特征在于，光學(xué)支架還用于保證激光投影器與工業(yè)相機(jī)的相對位置在圖像采集時不發(fā)生變化，確保圖像采集模塊的穩(wěn)定運(yùn)行；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種結(jié)構(gòu)光三維建模圖像采集裝置，其特征在于，激光投影器采用可調(diào)節(jié)焦距的平場掃描鏡頭，以適應(yīng)不同大小和形狀的物體投影需求，同時在高功率激光投影時熱焦點偏移小，保證結(jié)構(gòu)光圖案投影的穩(wěn)定性。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種結(jié)構(gòu)光三維建模圖像采集裝置，其特征在于，激光投影器投射的結(jié)構(gòu)光圖案為亮度成正弦周期變化的相移圖案或二進(jìn)制編碼的格雷碼圖案；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種結(jié)構(gòu)光三維建模圖像采集裝置，其特征在于，同步觸發(fā)器具體用于向激光投影器和圖像采集模塊發(fā)送控制命令，根據(jù)不同的建模需求，以上升沿信號觸發(fā)控制激光投影器投影一組不同類別的結(jié)構(gòu)光圖案，在每幀圖像投影時，以高電平信號同步觸發(fā)圖像采集模塊，在高電平信號持續(xù)時間控制工業(yè)相機(jī)持續(xù)曝光。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種結(jié)構(gòu)光三維建模圖像采集裝置，其特征在于，激光投影器具體采用投影亮度300尼特或更高的單色激光投影器。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種結(jié)構(gòu)光三維建模圖像采集裝置，其特征在于，工業(yè)相機(jī)具體采用200萬或更高像素、100幀每秒或更高幀率cmos傳感器。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種結(jié)構(gòu)光三維建模圖像采集裝置，其特征在于，工業(yè)鏡頭具體采用廣角蜂巢鏡頭，擴(kuò)大結(jié)構(gòu)光三維相機(jī)的有效測量區(qū)域和范圍并減少視場畸變。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)公開了一種結(jié)構(gòu)光三維建模圖像采集裝置，包括激光投影器、圖像采集模塊、光學(xué)支架以及同步觸發(fā)器；圖像采集模塊包括工業(yè)相機(jī)及工業(yè)鏡頭；激光投影器和工業(yè)相機(jī)分別固定在一個光學(xué)支架上；同步觸發(fā)器分別與工業(yè)相機(jī)和激光投影器連接；激光投影器，用于向被建模物體投射包含結(jié)構(gòu)光信息的圖案；圖像采集模塊，用于采集建模主體以及包含結(jié)構(gòu)光信息的建模圖像；光學(xué)支架，用于調(diào)整和固定激光投影器和圖像采集模塊的相對位置、俯仰角及方位角；同步觸發(fā)器，用于發(fā)送觸發(fā)信號控制激光投影器投影時機(jī)和圖像采集模塊采集圖像的時機(jī)及時長。本技術(shù)裝置簡單實用，能夠滿足各種模式的三維重建需求。

技術(shù)研發(fā)人員：劉富春,趙鵬博
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華南理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：20231030
技術(shù)公布日：2024/10/21