CN105783711A - 三维扫描仪校正***及其校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种三维扫描仪校正***及其校正方法，此方法可包含下列步骤：使待测的三维扫描仪的结构光模块投射结构光线于校正平面；改变三维扫描仪与校正平面的相对距离，当三维扫描仪与校正平面的相对距离为第一距离及第二距离时，分别撷取该结构光线的图像；分别分析两图像以计算结构光线于两图像的估测范围；根据两图像的估测范围及光点分别计算结构光线于两图像的估测线段方程式；以及根据三维扫描仪与校正平面的相对距离的变化及结构光线于两图像的估测线段方程式计算结构光模块与基准面的夹角。

Description

三维扫描仪校正***及其校正方法

技术领域

本发明涉及一种三维扫描仪校正***，特别是涉及一种能通过图像处理的方式来校正三维扫描仪的三维扫描仪校正***。本发明还涉及此***的校正方法。

背景技术

由于制造加工技术日益发达，产品本身复杂度也越来越高，为了有效进行质量检验，三维扫描仪的功能要求也越来越高。此外，随着工业机器人技术的日益进步，以视觉导引为基础的智能机器人已成功地投入工业生产，并获得可观的成果。因此，一个高精度的三维扫描量测技术将能有效提高工业机械手臂自动化***的灵活度与泛用性，因此求得激光坐标的准确位置将能建立完整工件模型，使得自动化***由所获得的图像中精准地计算工件的位置与姿态，进而大幅提升机械手臂自动化***的三维检测、工件抓取、搬运和组装能力。而若欲利用三维扫描仪对不同的工件进行量测时，通常需要调整三维扫描仪的激光结构光的角度，此时则需要进行三维扫描仪的校正。然而，现有技术的三维扫描仪校正方法通常需要通过繁琐的程序，或需要通过昂贵的仪器来进行，因此会耗费大量的时间、人力及成本，此外，现有技术的三维扫描仪校正方法也无法达到较高的校正精度。

而近年来，为了大幅加速了整个测量的速度，在三维扫描量测技术中，已开始利用具有复合激光的三维扫描仪进行多角度的深度量测，以建立完整的点云信息，故可重现的高精度外观模型。虽然具有复合激光的三维扫描仪能达到更佳的量测效果，但是校正时需要个别对其多个激光结构光模块进行校正，故其校正程序更为复杂，因此会耗费更多的时间、人力及成本，且校正精度极低，而低校正精度则会严重影响到复合激光的三维扫描仪的工作效能。

美国专利公开第20030202691号揭露一种用于转动式三维扫描仪的多摄影机校正方法(CALIBRATIONOFMULTIPLECAMERASFORATURNTABLE-BASED3DSCANNER)，然而，其校正方法仅单纯通过摄影机校正来执行，故其校正精度较低，且校正程序复杂。

美国专利公开第20140111812号揭露一种三维扫描***及其获得三维图像的方法(3DSCANNINGSYSTEMANDMETHODOFOBTAINING3DIMAGE)，然而，其仅提出旋转激光的最佳偏移角度，并无提出相关的校正方法。

因此，如何提出一种三维扫描仪校正***及其校正方法，能够有效改善现有技术的三维扫描仪校正方法程序繁复、缺乏效率、成本高及校正精度低的情况已成为一个刻不容缓的问题。

发明内容

有鉴于上述现有技术的问题，本发明的其中一目的就是在提供一种三维扫描仪校正***及其校正方法，以解决现有技术的三维扫描仪方法程序繁复、缺乏效率、成本高及校正精度低的问题。

据本发明的其中一目的，提出一种三维扫描仪校正方法，此方法可包含下列步骤：使待测的三维扫描仪的结构光模块投射结构光线于校正平面；设定基准面，基准面与校正平面平行，结构光模块与基准面之间具有夹角；改变该三维扫描仪与该校正平面的相对距离，并使三维扫描仪的图像撷取模块分别撷取三维扫描仪与校正平面的相对距离为第一距离及第二距离时结构光线投射于校正平面上的第一图像及第二图像；执行图像处理程序分别分析第一图像及第二图像，以分别计算结构光线于第一图像的第一估测线段方程式及结构光线于第二图像的第二估测线段方程式；以及根据该第一距离、该第二距离、第一估测线段方程式及第二估测线段方程式计算结构光模块与基准面的夹角。

在一实施例中，此方法还可包含下列步骤：分别分析第一图像及第二图像以计算结构光线位于第一图像及第二图像的第一估测范围及第二估测范围。

在一实施例中，此方法还可包含下列步骤：分别分析第一图像的灰阶值及第二图像的灰阶值以计算结构光线位于第一图像及第二图像的第一估测范围及第二估测范围。

在一实施例中，此方法还可包含下列步骤：分别累加第一图像的纵轴的各个坐标所对应的横轴的灰阶值，并利用累加灰阶值超过预定阈值的区域做为结构光线位于第一图像的第一估测范围。

在一实施例中，此方法还可包含下列步骤：分别累加第二图像的纵轴的各个坐标所对应的横轴的灰阶值，并利用累加灰阶值超过预定阈值的区域做为结构光线位于第二图像的第二估测范围。

在一实施例中，此方法还可包含下列步骤：根据第一估测范围与第一图像的所有光点及第二估测范围与第二图像的所有光点分别计算结构光线于第一图像的第一估测线段方程式及结构光线于第二图像的第二估测线段方程式。

在一实施例中，此方法还可包含下列步骤：由第一估测范围及第二估测范围分别提取多个第一估测线段及多个第二估测线段。

在一实施例中，此方法还可包含下列步骤：计算第一图像的各个光点相对于各个第一估测线段的权重值，并累加第一图像的各个光点相对于各个第一估测线段的权重值，再提取累加权重值最高的第一估测线段以做为第一估测线段方程式。

在一实施例中，此方法还可包含下列步骤：利用第一图像的各个光点相对于各个第一估测线段的距离的倒数做为其相对于各个第一估测线段的权重值。

在一实施例中，此方法还可包含下列步骤：计算第二图像的各个光点相对于各个第二估测线段的权重值，并累加第二图像的各个光点相对于各个第二估测线段的权重值，再提取累加权重值最高的第二估测线段以做为第二估测线段方程式。

在一实施例中，此方法还可包含下列步骤：利用第二图像的各个光点相对于各个第二估测线段的距离的倒数做为其相对于各个第二估测线段的权重值。

在一实施例中，此方法还可包含下列步骤：根据第一距离与第二距离的差值、第一估测线段方程式及第二估测线段方程式计算结构光模块与基准面的夹角。

据本发明的其中一目的，再提出一种三维扫描仪校正***，此***可执行上述的三维扫描仪校正方法，此***可包含三维扫描仪、升降平台、支架及处理模块，三维扫描仪可包含结构光模块与图像撷取模块，支架可用于架设待测的三维扫描仪，升降平台可用于改变三维扫描仪与校正平面的相对距离，三维扫描仪的结构光模块与平行于校正平面的基准面之间具有夹角，处理模块可执行图像处理程序，并可计算三维扫描仪的结构光模块与基准面的夹角。。

承上所述，依本发明的三维扫描仪校正***及其校正方法，其可具有一个或多个下述优点：

(1)本发明可仅通过升降平台及图像处理程序来对三维扫描仪做精准的校正，不需要利用到任何昂贵的仪器来进行，因此成本较低。

(2)本发明可通过特殊设计的图像处理程序来精准的完成三维扫描仪的校正，不需要人工设定及其它繁琐的步骤，因此校正程序简单快速，效率极高。

(3)本发明不但可以适用于具有单一激光的三维扫描仪，还可以适用于具有复合激光的三维扫描仪，且不需要个别对其多个激光结构光模块进行校正，因此可以有效解决复合激光的三维扫描仪校正不易的问题，用途更为广泛。

(4)本发明特殊设计的图像处理程序的算法具有极高的抗噪声功能，故即使在噪声很多的情况下仍然能够维持极高的校正精度，故具备极高的效能。

(5)本发明可以通过特殊设计的图像处理程序来完成三维扫描仪的校正，因此即使在激光离焦的情况的下也能够成功进行校正，故使用上更为方便。

附图说明

图1为本发明的三维扫描仪校正***的示意图。

图2为本发明的三维扫描仪校正***的第一实施例的第一示意图。

图3为本发明的三维扫描仪校正***的第一实施例的第二示意图。

图4为本发明的三维扫描仪校正***的第一实施例的第三示意图。

图5为本发明的三维扫描仪校正***的第一实施例的第四示意图。

图6为本发明的三维扫描仪校正***的第一实施例的第五示意图。

图7为本发明的三维扫描仪校正***的第一实施例的第六示意图。

图8为本发明的三维扫描仪校正***的第一实施例的第七示意图。

图9为本发明的三维扫描仪校正方法的第一实施例的流程图。

图10为本发明的三维扫描仪校正方法的流程图。

附图标记说明：

1三维扫描仪校正***

11升降平台

111校正平面

12支架

13处理模块

14三维扫描仪

141图像撷取模块

142结构光模块

SL结构光线

BS基准面

EL第一估测线段、第二估测线段

α、β夹角

D1第一距离

D2第二距离

A第一图像

B第二图像

R曲线

S91～S99、S101-S105步骤

具体实施方式

以下将参照相关附图，说明依本发明的三维扫描仪校正***及其校正方法的实施例，为使便于理解，下述实施例中的相同组件以相同的符号标示来说明。

请参阅图1，其为本发明的三维扫描仪校正***的示意图。如图所示，三维扫描仪校正***1可以包含升降平台11、支架12以及处理模块13，并可将一待测的三维扫描仪14架设于其中。

支架12可架设待测的三维扫描仪14。三维扫描仪14可包含图像撷取模块141及结构光模块142。处理模块13与升降平台11及三维扫描仪14连结，以控制升降平台11及三维扫描仪14，而升降平台11的上侧表面可做为校正平面111。其中，当三维扫描仪14的结构光模块142投射结构光线SL于校正平面111时，处理模块13可控制升降平台11的升降以改变校正平面111与三维扫描仪14之间的相对距离，并于校正平面111与三维扫描仪14之间的相对距离为第一距离时，通过图像撷取模块141撷取结构光线SL投射于升降平台11的图像，以做为第一图像，并于升降平台11上升使校正平面111与三维扫描仪14之间的相对距离为第二距离时，通过图像撷取模块141撷取结构光线SL投射于升降平台11的图像，以做为第二图像。当然，上述仅为举例，校正平面111与三维扫描仪14之间的相对距离也可以通过改变三维扫描仪14本身的高度来达成，并不限定于调整升降平台11本身的高度，也不限定使用升降平台11本身做为校正平面。

此时处理模块13可执行一图像处理程序以分别分析第一图像及第二图像，以计算结构光线SL于第一图像的第一估测线段方程式及结构光线SL于第二图像的第二估测线段方程式。最后，处理模块13可根据第一距离、第二距离、第一估测线段方程式及第二估测线段方程式计算结构光模块142与三维扫描仪14的基准面BS的夹角α，以完成三维扫描仪14的校正程序。其中，上述的基准面BS即为与三维扫描仪14量测的平面平行的平面，而在本实施例中，基准面BS为三维扫描仪14所在的平面、且三维扫描仪14量测的平面即为升降平台11本身。

由上述可知，本发明的三维扫描仪校正***1可以仅通过升降平台11及简单的图像处理程序即可以完成三维扫描仪14的校正，不需要利用到任何昂贵的仪器，也不需要人工设定及其它繁琐的步骤，因此校正的成本低廉且效率极高。

请参阅图2、图3及图4，其为本发明的三维扫描仪校正***的第一实施例的第一示意图、第二示意图及第三示意图。本实施例举例说明了本发明的三维扫描仪校正***及校正方法应用于校正具有复合激光的三维扫描仪的一个例子。如图所示，三维扫描仪校正***1可以包含升降平台11、支架12以及处理模块13，并可将一待测的三维扫描仪14架设于其中。

支架12可架设待测的三维扫描仪14。三维扫描仪14可包含图像撷取模块141及二个结构光模块142。处理模块13与升降平台11及三维扫描仪14连结，以控制升降平台11及三维扫描仪14，而升降平台11的上测表面可做为校正平面111。如图2所示，当三维扫描仪14的二个结构光模块142投射结构光线SL于升降平台11时，处理模块13可控制升降平台11的升降以改变校正平面111与三维扫描仪14之间的相对距离，并于校正平面111与三维扫描仪14之间的相对距离为第一距离D1时，通过图像撷取模块141撷取结构光线SL投射于升降平台11的图像，以做为第一图像A。如图3所示，处理模块13可于升降平台11上升使校正平面111与三维扫描仪14之间的相对距离为第二距离D2时，通过图像撷取模块141撷取结构光线SL投射于升降平台11的图像，以做为第二图像B。处理模块13可执行图像处理程序以分别分析第一图像A及第二图像B。同样的，上述仅为举例，校正平面111与三维扫描仪14之间的相对距离也可以通过改变三维扫描仪14本身的高度或其它多种方式来实现，并不限定于调整升降平台11本身的高度，也不限定使用升降平台11本身做为校正平面；也就是说，三维扫描仪14本身也可架设于一升降平台上，并利用另一测试平台做为校正平面，通过控制升降平台即可改变三维扫描仪14的高度以调整其与校正平面的相对距离。

如图4所示，第一图像A为校正平面111与三维扫描仪14之间的相对距离为第一距离D1时，结构光线SL投射于升降平台11时的图像，第二图像B为校正平面111与三维扫描仪14之间的相对距离为第二距离D2时，结构光线SL投射于升降平台11时的图像。

由于结构光模块142本身可能具有误差或受到噪声干扰的缘故，第一图像A及第二图像B中的结构光线SL可能并非只有单一像素，而可能是具有许多像素的不规则形，因此难以判定第一图像A及第二图像B中的结构光线SL的实际线段为何，故此时需要通过进一步的图像处理程序来计算第一图像A及第二图像B中的结构光线SL的实际线段。

请参阅图5及图6，其为本发明的三维扫描仪校正***的第一实施例的第四示意图及第五示意图。为了要估测第一图像A及第二图像B中的结构光线SL可能存在的范围，本实施例利用Y轴众数投影算法来分别分析第一图像A的灰阶值及第二图像B的灰阶值以计算结构光线SL位于第一图像A及第二图像B的第一估测范围及第二估测范围，如式(1)所示：

$A\left(y\right)=\mathrm{\Σ}{f}_y\left(x\right)\∀x\·\·\·\·\·\·\left(1\right);$

其中，A(y)代表第一图像A或第二图像B中纵轴的每一个坐标累加其对应横轴的灰阶值的累加值；fy(x)代表第一图像A或第二图像B的各个坐标(x,y)的灰阶值，累加灰阶值较大的区域则代表其为结构光线SL可能出现的位置。通过式(1)，处理模块13可分别累加第一图像A的纵轴的各个坐标所对应的横轴的灰阶值，并可利用累加灰阶值超过一预定阈值的区域做为结构光线SL位于第一图像A的第一估测范围；同样的，处理模块13可分别累加第二图像B的纵轴的各个坐标所对应的横轴的灰阶值，并可利用累加灰阶值超过一预定阈值的区域做为结构光线SL位于第二图像B的第二估测范围。

如图5所示，图中曲线R所示的区域即为第一图像A的放大后的结构光线SL的第一估测范围。如图6所示，本实施例利用Y轴众数投影算法可同时估测图像中三维扫描仪14的二个结构光模块142投射的结构光线SL的估测范围，图中曲线R所示的区域即为第一图像A的二个结构光模块142投射的结构光线SL的第一估测范围。

在获得结构光线SL在二个图像中的估测范围后，需进一步的估测结构光线SL在二个图像中的线段方程式。在本实施例中，处理模块13可根据线段检测算法根据第一估测范围与第一图像A的所有光点及第二估测范围与第二图像B的所有光点分别计算结构光线SL于第一图像A的第一估测线段方程式及结构光线SL于第二图像B的第二估测线段方程式。

首先，处理模块13可由第一估测范围提取多个第一估测线段，该些第一估测线段即为结构光线SL在第一图像A中可能的线段方程式；同样的，处理模块13可由第二估测范围提取多个第二估测线段，该些第二估测线段即为结构光线SL在第二图像B中可能的线段方程式。

接下来，处理模块13可计算第一图像A的各个光点相对于各个第一估测线段的权重值，并累加第一图像A的各个光点相对于各个第一估测线段的权重值，再提取累加权重值最高的第一估测线段以做为第一估测线段方程式，在本实施例中，处理模块13可利用第一图像A的各个光点相对于各个第一估测线段的距离的倒数做为其相对于各个第一估测线段的权重值；同样的，处理模块13可计算第二图像B的各个光点相对于各个第二估测线段的权重值，并累加第二图像B的各个光点相对于各个第二估测线段的权重值，再提取累加权重值最高的第二估测线段以做为第二估测线段方程式，处理模块13可利用第二图像B的各个光点相对于各个第二估测线段的距离的倒数做为其相对于各个第二估测线段的权重值。

本实施例的线段检测算法可将各个第一及第二估测线段以极坐标(ρ,θ)来表示，因此，各个线段可表示如下的式(2)：

ρ＝x·cosθ+y·sinθ…...(2)；

为了计算各个光点到各个第一估测线段或各个第二估测线段的距离，可以将各个第一及第二线段由极坐标表达为点斜式fx＝mx+b，即如下的式(3)：

$f_x=-\frac{\cos \mathrm{\θ}}{\sin \mathrm{\θ}}x+\frac{\mathrm{\ρ}}{\sin \mathrm{\θ}}\·\·\·\·\·\·\left(3\right);$

其中，-cosθ/sinθ代表斜率m，而ρ/sinθ则代表截距b，故各个光点到各个第一或第二估测线段(ρ,θ)的距离可表示为如下的式(4)：

$D(x,f_x|\mathrm{\ρ},\mathrm{\θ})=\left|\frac{-m\·x+f_x-b}{\sqrt{m^2+1}}\right|\·\·\·\·\·\·\left(4\right);$

代表在一个点到线段(ρ,θ)的距离，距离越远则代表光点的重要性越低，因此可利用距离的倒数或倒数的平方作为权重值的指标，如下的式(5)：

$W(x,f_x|\mathrm{\ρ},\mathrm{\θ})=\frac{1}{1+D(x,f_x|\mathrm{\ρ},\mathrm{\θ})}\·\·\·\·\·\·\left(5\right);$

权重值的范围在0～1之间，当光点在线段(ρ,θ)上面时，距离＝0，因此权重值等于1，代表此光点与此线段距离最近，故重要性最高，当权重值等于0时，代表此光点与此线段距离最远，不需要计算此光点的重要性。

累加各个光点相对于各个估测线段的权重值，累加方程式如下的式(6)；

A_ε(ρ,θ)＝A_ε(ρ,θ)+W_ε(x,f_x|ρ,θ)……(6)；

最后统计所有第一估测线段(ρ,θ)的累加权重值，并找出累加权重值最大的第一估测线段(ρ*,θ*)做为第一估测线段方程式，并统计所有第二估测线段(ρ,θ)的累加权重值，并找出累加权重值最大的第二估测线段(ρ*,θ*)做为第二估测线段方程式，如下的式(7)：

$({\mathrm{\ρ}}^{*},{\mathrm{\θ}}^{*})=\arg \underset{(\mathrm{\ρ},\mathrm{\θ})}{\mathrm{Max}}{A}_{\mathrm{\ϵ}}(\mathrm{\ρ},\mathrm{\θ})\·\·\·\·\·\·\left(7\right);$

最后，处理模块13可根据第一距离D1与第二距离D2的差值、第一估测线段方程式及第二估测线段方程式以计算三维扫描仪14的二个结构光模块142与三维扫描仪14的基准面BS的夹角α、β，以完成三维扫描仪14的校正程序。同样的，上述的基准面BS即为与三维扫描仪14量测的平面平行的平面，在本实施例中，基准面BS为三维扫描仪14所在的平面、三维扫描仪14量测的平面即为升降平台11本身。

请参阅图7及图8，其为本发明的三维扫描仪校正***的第一实施例的第六示意图及第七示意图。图7为本实施例的线段检测算法的估测结果，而图8为本实施例的线段检测算法加入噪声后的估测结果。

如图7所示，由于本实施例的线段检测算法是利用结构光线SL的各个光点与各个第一及第二估测线段EL的距离作为其权重值，当任一光点偏离所估计的直线，则该光点将被判定为离群点，具有较低的权重值，做可忽略该光点的数据，使得线段估测结果不受离群点的影响，可使得估测结果更精准。

如图8所示，由于本实施例的线段检测算法是利用结构光线SL的各个光点与各个第一及第二估测线段EL的距离作为其权重值，因此噪声将被判定为离群点，具有较低的权重值，使得线段估测结果不受噪声的影响，因此可使得估测结果更精准。由上述可知，通过本实施例的包含Y轴众数投影算法及线段检测算法的图像处理程序，即可精确的估测出第一估测线段方程式及第二估测线段方程式。

值得一提的是，现有技术的三维扫描仪校正方法需要运用昂贵的仪器或繁琐的程序来进行，故其成本极高。相反的，本发明可仅通过升降平台及简单的图像处理程序来对三维扫描仪做精准的校正，不需要利用到任何昂贵的仪器来进行，且校正程序简单快速，故成本较低而能达到更高的效率。

另外，现有技术的三维扫描仪校正方法需要对具有复合激光的三维扫描仪的多个激光结构光模块个别进行校正，因此校正程序复杂，使用上缺乏效率。相反的，本发明不但可以适用于具有单一激光的三维扫描仪，还可适用于具有复合激光的三维扫描仪，且不需要个别对其多个激光结构光模块进行校正，因此可有效解决复合激光的三维扫描仪校正不易的问题，用途更为广泛。

此外，现有技术的三维扫描仪校正方法无法达到较高的校正精度，也无抗噪声的功能。相反的，本发明可通过特殊设计，具备高抗噪声能力的图像处理程序来完成三维扫描仪的校正，故即使在噪声很多的情况下仍然能够维持极高的校正精度，故具备极高的效能，且即使在激光离焦的情况下也能成功进行校正，故使用上更为方便。由上述可知，本发明实具进步性的专利要件。

请参阅图9，其为本发明的三维扫描仪校正方法的第一实施例的流程图。本实施例可包含下列步骤：

在步骤S91中，以升降平台做为校正平面，并使待测的三维扫描仪的结构光模块投射结构光线于校正平面。

在步骤S92中，设定基准面，基准面与校正平面平行，结构光模块与基准面之间具有夹角。

在步骤S93中，改变校正平面与三维扫描仪之间的相对距离，并分别撷取升降平台与三维扫描仪之间的相对距离为第一距离及第二距离时的结构光线投射于升降平台的第一图像及第二图像。

在步骤S94中，分别累加第一图像的纵轴的各个坐标所对应的横轴的灰阶值，并利用累加灰阶值超过预定阈值的区域做为结构光线位于第一图像的第一估测范围。

在步骤S95中，分别累加第二图像的纵轴的各个坐标所对应的横轴的灰阶值，并利用累加灰阶值超过预定阈值的区域做为结构光线位于第二图像的第二估测范围。

在步骤S96中，由第一估测范围及第二估测范围分别提取多个第一估测线段及多个第二估测线段。

在步骤S97中，计算第一图像的各个光点相对于各个第一估测线段的权重值，并累加第一图像的各个光点相对于各个第一估测线段的权重值，再提取累加权重值最高的第一估测线段以做为第一估测线段方程式。

在步骤S98中，计算第二图像的各个光点相对于各个第二估测线段的权重值，并累加第二图像的各个光点相对于各个第二估测线段的权重值，再提取累加权重值最高的第二估测线段以做为第二估测线段方程式。

在步骤S99中，根据第一距离与第二距离的差值、第一估测线段方程式及第二估测线段方程式计算结构光模块与基准面的夹角。

尽管前述在说明本发明的三维扫描仪校正***的过程中，亦已同时说明本发明的三维扫描仪校正方法的概念，但为求清楚起见，以下仍然列出本发明的三维扫描仪校正方法的流程。

请参阅图10，其为本发明的三维扫描仪校正方法的流程图，本发明的三维扫描仪校正方法可包含下列步骤：

在步骤S101中，使三维扫描仪的结构光模块投射结构光线于校正平面。

在步骤S102中，设定基准面，基准面与校正平面平行，结构光模块与基准面之间具有夹角。

在步骤S103中，改变三维扫描仪与校正平面的相对距离，并使三维扫描仪的图像撷取模块分别撷取三维扫描仪与校正平面的相对距离为第一距离及第二距离时结构光线投射于该校正平面上的一第一图像及一第二图像。

在步骤S104中，执行图像处理程序分别分析第一图像及第二图像，以分别计算结构光线于第一图像的第一估测线段方程式及结构光线于第二图像的第二估测线段方程式。

在步骤S105中，根据第一距离、第二距离、第一估测线段方程式及第二估测线段方程式计算结构光模块与基准面的夹角。

本发明的三维扫描仪校正方法的详细说明以及实施方式已经于前面叙述本发明的本发明的三维扫描仪校正***时描述过，在此为了简略说明便不再重复叙述。

综上所述，本发明可仅通过升降平台及图像处理程序来对三维扫描仪做精准的校正，不需要利用到任何昂贵的仪器来进行，因此成本较低。

本发明可通过特殊设计的图像处理程序来精准的完成三维扫描仪的校正，不需要人工设定及其它繁琐的步骤，因此校正程序简单快速，可达极佳的效率。

另外，本发明不但可以适用于具有单一激光的三维扫描仪，还可适用于具有复合激光的三维扫描仪，且不需要个别对其多个激光结构光模块进行校正，因此可有效解决复合激光的三维扫描仪校正不易的问题，使本发明的用途更为广泛。

此外，本发明特殊设计的图像处理程序的算法具备有抗噪声功能，故即使在在有噪声干扰的情况下仍然能够维持极高的校正精度，故可以提供极高的效能。

再者，本发明可以通过特殊设计的图像处理程序来完成三维扫描仪的校正，因此即使在激光离焦的情况下也能成功的进行校正，故使用非常方便。

以上所述仅为举例性，而非为限制性。其它任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应该包含于本发明的权利要求中。

Claims (13)

1.一种三维扫描仪校正方法，包含下列步骤：

使一三维扫描仪的一结构光模块投射一结构光线于一校正平面；

设定一基准面，该基准面与该校正平面平行，该结构光模块与该基准面之间具有一夹角；

改变该三维扫描仪与该校正平面的相对距离，并使该三维扫描仪的一图像撷取模块分别撷取该三维扫描仪与该校正平面的相对距离为一第一距离及一第二距离时该结构光线投射于该校正平面上的一第一图像及一第二图像；

执行一图像处理程序分别分析该第一图像及该第二图像，以分别计算该结构光线于该第一图像的一第一估测线段方程式及该结构光线于该第二图像的一第二估测线段方程式；以及

根据该第一距离、该第二距离、该第一估测线段方程式及该第二估测线段方程式计算该结构光模块与该基准面的该夹角。

2.如权利要求1所述的三维扫描仪校正方法，还包含下列步骤：

分别分析该第一图像及该第二图像以计算该结构光线位于该第一图像及该第二图像的一第一估测范围及一第二估测范围。

3.如权利要求2所述的三维扫描仪校正方法，还包含下列步骤：

分别分析该第一图像的灰阶值及该第二图像的灰阶值以计算该结构光线位于该第一图像及该第二图像的该第一估测范围及该第二估测范围。

4.如权利要求3所述的三维扫描仪校正方法，还包含下列步骤：

分别累加该第一图像的纵轴的各个坐标所对应的横轴的灰阶值，并利用累加灰阶值超过一预定阈值的区域做为该结构光线位于该第一图像的该第一估测范围。

5.如权利要求4所述的三维扫描仪校正方法，还包含下列步骤：

分别累加该第二图像的纵轴的各个坐标所对应的横轴的灰阶值，并利用累加灰阶值超过该预定阈值的区域做为该结构光线位于该第二图像的该第二估测范围。

6.如权利要求2所述的三维扫描仪校正方法，还包含下列步骤：

根据该第一估测范围与该第一图像的所有光点及该第二估测范围与该第二图像的所有光点分别计算该结构光线于该第一图像的该第一估测线段方程式及该结构光线于该第二图像的该第二估测线段方程式。

7.如权利要求6所述的三维扫描仪校正方法，还包含下列步骤：

由该第一估测范围及该第二估测范围分别提取多个第一估测线段及多个第二估测线段。

8.如权利要求7所述的三维扫描仪校正方法，还包含下列步骤：

计算该第一图像的各个光点相对于各个该第一估测线段的权重值，并累加该第一图像的各个光点相对于各个该第一估测线段的权重值，再提取累加权重值最高的该第一估测线段以做为该第一估测线段方程式。

9.如权利要求8所述的三维扫描仪校正方法，还包含下列步骤：

利用该第一图像的各个光点相对于各个该第一估测线段的距离的倒数做为其相对于各个该第一估测线段的权重值。

10.如权利要求8所述的三维扫描仪校正方法，还包含下列步骤：

计算该第二图像的各个光点相对于各个该第二估测线段的权重值，并累加该第二图像的各个光点相对于各个该第二估测线段的权重值，再提取累加权重值最高的该第二估测线段以做为该第二估测线段方程式。

11.如权利要求10所述的三维扫描仪校正方法，还包含下列步骤：

利用该第二图像的各个光点相对于各个该第二估测线段的距离的倒数做为其相对于各个该第二估测线段的权重值。

12.如权利要求1所述的三维扫描仪校正方法，还包含下列步骤：

根据该第一距离与该第二距离的差值、该第一估测线段方程式及该第二估测线段方程式计算该结构光模块与该基准面的夹角。

13.一种执行如权利要求1至12中的任一项所述的三维扫描仪校正方法的三维扫描仪校正***，该三维扫描仪校正***包含一三维扫描仪、一升降平台、一支架及一处理模块，该三维扫描仪包含一结构光模块与一图像撷取模块，该支架用于架设待测的该三维扫描仪，该升降平台用于改变该三维扫描仪与一校正平面的相对距离，该三维扫描仪的该结构光模块与平行于该校正平面的一基准面之间具有一夹角，该处理模块执行一图像处理程序并计算该三维扫描仪的该结构光模块与该基准面的该夹角。