CN114681089A - 三维扫描装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维扫描装置和方法。其中，该装置包括：投影设备，用于向待扫描对象投射投影条纹，投影条纹包括第一条纹组；相机，用于对待扫描对象进行采集，得到相机图像，其中，相机图像为待扫描对象在相机的像平面的成像，像平面包括第一成像区间，当待扫描对象位于三维扫描装置的有效景深范围内，第一条纹组在像平面的成像位于第一成像区间内且第一成像区间内仅有第一条纹组。本发明解决了现有技术的结构光编码图案需要多幅图像序列进行复杂编码的技术问题。

Description

三维扫描装置和方法

技术领域

本发明涉及三维扫描领域，具体而言，涉及一种三维扫描装置和方法。

背景技术

目前在国际上，牙齿诊疗领域牙模数据的获取手段已经从印模三维扫描逐渐转向口内三维扫描技术。该技术的出现可以说是牙齿数字化加工的又一次革命。该技术摈弃了从印模、翻模、三维扫描的牙模数据获取方式，可以直接入口扫描获取牙齿三维数据。在流程时间上省略了印模、翻模两个步骤，在成本上节省了上述流程需要的材料、人工费及模型快递费，在客户体验上可避免制作印模时的不适感。从上述优势可以看出该技术必然会得到极大的发展。在市场上获得显著的效益。

口腔数字印模仪，又称口内三维扫描仪，是一种应用探入式光学扫描头，直接扫描患者口腔内，获取口腔内牙齿、牙龈、黏膜等软硬组织表面的三维形貌及彩色纹理信息的设备。该设备的一种方法是采用主动结构光三角测量成像原理，利用数字投影***投射主动光图案，相机采集***获取图案后即通过算法处理进行三维重建和拼接。

结构光编码图案设计时通常会考虑将整幅图像进行解码，如时间相位展开和空间相位展开等方法，在获取折叠相位的基础上还需要相位展开得到真实的绝对相位，解决折叠相位的周期性问题。为全局展开相位，通常需要较多幅图像序列或较复杂的空间编解码过程。

针对上述现有技术的结构光编码图案需要多幅图像序列进行复杂编码的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种三维扫描装置和方法，以至少解决现有技术的结构光编码图案需要多幅图像序列进行复杂编码的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种三维扫描装置，包括：投影设备，用于向待扫描对象投射投影条纹，所述投影条纹包括第一条纹组；相机，用于对所述待扫描对象进行采集，得到相机图像，其中，所述相机图像为所述待扫描对象在所述相机的像平面的成像，所述像平面包括第一成像区间，当所述待扫描对象位于所述三维扫描装置的有效景深范围内，所述第一条纹组在所述像平面的成像位于所述第一成像区间内且所述第一成像区间内仅有所述第一条纹组。

可选地，所述投影设备的投影光轴和所述相机的采集光轴之间形成有***夹角α，所述相机的光学参数包括：镜头放大倍率k1，所述三维扫描装置的有效景深用ΔL表示，所述第一成像区间用d₁表示，d₁＝ΔL×tgα÷k₁。

可选地，所述投影设备包括：图像显示元件，所述图像显示元件包括：第一显示区间，所述第一显示区间设有所述第一条纹组；所述投影设备的光学参数包括：所述投影设备的镜头放大倍率k2，所述第一显示区间用D₁表示，D₁＝ΔL×tgα÷k₂。

可选地，所述投影条纹还包括：第二条纹组，所述第二条纹组与所述第一条纹组相邻设置；所述像平面包括：第二成像区间，所述第二成像区间与所述第一成像区间相邻设置；当所述待扫描对象位于所述三维扫描装置的有效景深范围内，所述第二条纹组在所述像平面的成像位于所述第二成像区间内且所述第二成像区间内仅有所述第二条纹组。

可选地，所述投影条纹包括：多个呈周期性排布的条纹组，所述第一条纹组与所述第二条纹组分别为一个周期的条纹组。

可选地，所述投影设备的投影光轴和所述相机的采集光轴之间形成有***夹角α，所述相机的光学参数包括：镜头放大倍率k₁，所述三维扫描装置的有效景深用ΔL表示，所述第二成像区间用d₂表示，d₂＝ΔL×tgα÷k₁。

可选地，所述投影设备包括：图像显示元件，所述图像显示元件包括：第二显示区间，所述第二显示区间设有所述第二条纹组；所述投影设备的光学参数包括：所述投影设备的镜头放大倍率k₂，所述第二显示区间用D₂表示，D₂＝ΔL×tgα÷k₂。

可选地，所述装置还包括：处理器，用于基于所述相机图像对所述待扫描对象进行三维重建。

可选地，所述处理器预设有所述第一成像区间坐标；所述处理器基于所述相机图像确定所述相机图像中条纹的中心所在像素坐标；所述处理器基于所述条纹的像素坐标及所述第一成像区间的坐标，确定所述相机图像中各条纹的编号；所述处理器基于所述条纹的中心所在像素坐标及所述编号进行三维重建，获取待扫描对象的三维数字模型。

可选地，所述处理器预设有投影条纹中各条纹的光平面及对应编号；所述处理器基于所述相机图像中各条纹的编号与所述各条纹的光平面的对应编号的一致性确定所述条纹的中心所在像素坐标所对应的光平面；所述处理器基于所述条纹的中心所在像素坐标及对应的光平面进行三角计算，重建待扫描对象的三维数字模型。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种三维扫描方法，基于上述所述的三维扫描装置执行以下步骤：通过投影设备向待扫描对象投射投影条纹；通过相机对所述待扫描对象进行采集，得到相机图像，其中，所述相机图像为所述待扫描对象在所述相机的像平面的成像，所述像平面包括第一成像区间，当所述待扫描对象位于所述三维扫描装置的有效景深范围内，所述第一条纹组在所述像平面的成像位于所述第一成像区间内且所述第一成像区间内仅有所述第一条纹组；通过处理器基于所述相机图像对所述待扫描对象进行三维重建。

可选地，所述方法还包括：基于所述相机图像，确定所述相机图像中条纹的中心所在像素坐标；所述处理器预设有第一成像区间的坐标，基于所述条纹的像素坐标及所述第一成像区间的坐标，确定各条纹的编号；所述条纹的中心所在像素坐标基于所述编号进行三维重建，获取待扫描对象的三维数字模型。

在本发明实施例中，投影设备，用于向待扫描对象投射投影条纹，所述投影条纹包括第一条纹组；相机，用于对所述待扫描对象进行采集，得到相机图像，其中，所述相机图像为所述待扫描对象在所述相机的像平面的成像，所述像平面包括第一成像区间，当所述待扫描对象位于所述三维扫描装置的有效景深范围内，所述第一条纹组在所述像平面的成像位于所述第一成像区间内且所述第一成像区间内仅有所述第一条纹，上述三维扫描装置根据光的直线传播特性，使投影条纹不超出三维扫描装置硬件结果所限定的第一成像区间，因此利用该第一成像区间作为一个编码周期，并在该编码周期内保证投影条纹编码的唯一性，就可以利用少量投影条纹的编码信息(即较少序列图像或较少空间编码)保证编码的唯一性，从而在不需要依靠高难度的硬件水平即可结合光学特性下使用，也可以利用较少幅图像序列或较简单的空间编解码方法来提升动态扫描的速度，实现了提高扫描效率的技术效果，进而解决了现有技术的结构光编码图案需要多幅图像序列进行复杂编码技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种三维扫描装置的示意图；

图2是根据本发明实施例的一种镜头的光学参数的示意图；

图3a是根据本发明实施例的第一时间投影条纹的示意图一；

图3b是根据本发明实施例的第二时间投影条纹的示意图二；

图3c是根据本发明实施例的第三时间投影条纹的示意图三；

图3d是根据本发明实施例的一种时间投影条纹编码表的示意图；

图4a是根据本发明实施例的一种颜色投影条纹的示意图；

图4b是根据本发明实施例的一种颜色投影条纹编码表的示意图；

图5是根据本发明实施例的一种三维扫描方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例，提供了一种基于三维扫描的投影光线偏移方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的一种三维扫描装置的示意图，如图1所示，该装置包括：投影设备10，用于向待扫描对象投射投影条纹，投影条纹包括第一条纹组；相机12，用于对待扫描对象进行采集，得到相机图像，其中，相机图像为待扫描对象在相机的像平面的成像，像平面包括第一成像区间，当待扫描对象位于三维扫描装置的有效景深范围内，第一条纹组在像平面的成像位于第一成像区间内且第一成像区间内仅有第一条纹组。

在本发明实施例中，投影设备，用于向待扫描对象投射投影条纹，所述投影条纹包括第一条纹组；相机，用于对所述待扫描对象进行采集，得到相机图像，其中，所述相机图像为所述待扫描对象在所述相机的像平面的成像，所述像平面包括第一成像区间，当所述待扫描对象位于所述三维扫描装置的有效景深范围内，所述第一条纹组在所述像平面的成像位于所述第一成像区间内且所述第一成像区间内仅有所述第一条纹，上述三维扫描装置根据光的直线传播特性，使投影条纹不超出三维扫描装置硬件结果所限定的第一成像区间，因此利用该第一成像区间作为一个编码周期，并保证投影条纹的编码在该编码周期的唯一性，就可以利用少量投影条纹的编码信息(即较少序列图像或较少空间编码)保证编码的唯一性，从而在不需要依靠高难度的硬件水平即可结合光学特性下使用，也可以利用较少幅图像序列或较简单的空间编解码方法来提升动态扫描的速度，实现了提高扫描效率的技术效果，进而解决了现有技术的结构光编码图案需要多幅图像序列进行复杂编码技术问题。

可选地，如图1所示，有效景深ΔL为Z0到Z2的距离，其中，Z0为近点位置，Z2为远点位置，在待扫描对象位于Z0至Z2之间的情况下都可以通过相机采集待扫描对象的清晰图像。

也即，有效景深ΔL＝前景深ΔL1+后景深ΔL2，其中，ΔL1+ΔL2取值范围在10mm到20mm之间。

可选地，相机的光学***的放大倍率通常约为3:1，固定投影光线在相机图像上的成像区间(如第一成像区间或第二成像区间)为d，即单周期范围。

本申请要求保护的技术方案，在针对小的视场范围的扫描场景下，通常有效景深范围内，由于双目***的夹角和光学镜头的放大倍率，必然会导致结构光同一码值的条纹图案在相机或投影设备的幅面内移动，此移动范围取决于三个方面：有效景深、光学***夹角和镜头的放大倍率。

可选地，移动范围包括：投影设备的显示区间(如第一显示区间或第二显示区间)，和相机的成像区间(如第一成像区间或第二成像区间)，在三维扫描装置中的投影设备和相机的光学参数确定后，便确定了移动范围，设计此移动范围内条纹编码的唯一性，即可保证整幅面全局的码值唯一性。因为光的直线传播特性，此显示区间内的光线跳不出该成像区间。

可选地，利用该成像移动范围作为一个编码周期，该编码周期内保证编码的唯一性，因该周期可根据光学设计保证范围较小，利用少量的编码信息(较少序列图像或较少空间编码)即可保证编码的唯一性。

图2是根据本发明实施例的一种镜头的光学参数的示意图，如图2所示，该光学参数包括：镜头的焦点平面，以及弥散圆在焦点平面前后的位置，得到前焦深和后焦深；镜头的有效景深，其中，镜头的有效景深包括：基于前焦深确定前景深，和基于后焦深确定的后景深，物点(即待扫描对象)所在位置于镜头之间的摄影距离，其中，摄影距离包括：镜头与待扫描对象之间的被摄体距离，景深的近点与镜头之间的近点距离，景深的远点与镜头之间的远点距离。

可选地，图2所示的镜头可以是相机的镜头，也可以是投影设备的镜头。

可选地，在图2所示的镜头为相机的镜头的情况下，可以将待扫描对象设置在相机的有效景深范围内，将对待扫描对象采集的相机图像设置在焦深范围内，基于相机的镜头所确定的光学参数可以计算成像区间(如第一成像区间或第二成像区间)。

可选地，在图2所示的镜头为投影设备的镜头的情况下，可以将投影条纹的底片(或底相)设置在投影设备的焦深范围内，将待扫描对象设置在投影设备的有效景深范围内，基于投影设备的镜头所确定的光学参数可以计算显示区间(如第一显示区间或第二显示区间)。

作为一种可选的实施例，投影设备的投影光轴和相机的采集光轴之间形成有***夹角α，相机的光学参数包括：镜头放大倍率k₁，三维扫描装置的有效景深用ΔL表示，第一成像区间用d₁表示，d₁＝ΔL×tgα÷k₁。

作为一种可选的实施例，投影设备包括：图像显示元件，图像显示元件包括：第一显示区间，第一显示区间设有第一条纹组；投影设备的光学参数包括：投影设备的镜头放大倍率k₂，第一显示区间用D₁表示，D₁＝ΔL×tgα÷k₂。

作为一种可选的实施例，投影条纹还包括：第二条纹组，第二条纹组与第一条纹组相邻设置；像平面包括：第二成像区间，第二成像区间与第一成像区间相邻设置；当待扫描对象位于三维扫描装置的有效景深范围内，第二条纹组在像平面的成像位于第二成像区间内且第二成像区间内仅有第二条纹组。

可选地，使第一条纹组投影在投影设备的景深近点，使第二条纹组投影在投影设备的景深远点；或使第一条纹组投影在投影设备的景深远点，使第二条纹组投影在投影设备的景深近点。

作为一种可选的实施例，投影条纹包括：多个呈周期性排布的条纹组，第一条纹组与第二条纹组分别为一个周期的条纹组。

作为一种可选的实施例，投影设备的投影光轴和相机的采集光轴之间形成有***夹角α，相机的光学参数包括：镜头放大倍率k₁，三维扫描装置的有效景深用ΔL表示，第二成像区间用d₂表示，d₂＝ΔL×tgα÷k₁。

作为一种可选的实施例，投影设备包括：图像显示元件，图像显示元件包括：第二显示区间，第二显示区间设有第二条纹组；投影设备的光学参数包括：投影设备的镜头放大倍率k₂，第二显示区间用D₂表示，D₂＝ΔL×tgα÷k₂。

可选地，***夹角α的取值范围在6°和10°之间。

作为一种可选的实施例，处理器，用于基于相机图像对待扫描对象进行三维重建。

作为一种可选的实施例，处理器预设有第一成像区间坐标；处理器基于相机图像确定相机图像中条纹的中心所在像素坐标；处理器基于条纹的像素坐标及第一成像区间的坐标，确定相机图像中各条纹的编号；处理器基于条纹的中心所在像素坐标及编号进行三维重建，获取待扫描对象的三维数字模型。

作为一种可选的实施例，处理器预设有第二成像区间坐标；处理器基于相机图像确定相机图像中条纹的中心所在像素坐标；处理器基于条纹的像素坐标、第一成像区间的坐标及第二成像区间坐标，确定相机图像中各条纹的编号；处理器基于条纹的中心所在像素坐标及编号进行三维重建，获取待扫描对象的三维数字模型。

作为一种可选的实施例，处理器预设有投影条纹中各条纹的光平面及对应编号；处理器基于相机图像中各条纹的编号与各条纹的光平面的对应编号的一致性确定条纹的中心所在像素坐标所对应的光平面；处理器基于条纹的中心所在像素坐标及对应的光平面进行三角计算，重建待扫描对象的三维数字模型。

可选地，投影条纹包括时间投影条纹和颜色投影条纹。

图3a是根据本发明实施例的第一时间投影条纹的示意图一，如图3a所示；图3b是根据本发明实施例的第二时间投影条纹的示意图二，如图3b所示；图3c是根据本发明实施例的第三时间投影条纹的示意图三，如图3c所示；图3a-图3c所示的三个时间投影条纹对应一个编码周期，对该编码周期三个时间投影条纹内的各条条纹进行解码即可得到一时间图像编码表，该编码表可确定各投影条纹的序列。

图3d是根据本发明实施例的一种时间投影条纹编码表的示意图，如图3d所示，在图3a-图3c所示的时间投影条纹中相同像素位置依次取值(采用二值编码0或1)，并依据三个时间投影条纹的获取时间顺序排列，得到图3d所示的二进制条纹编码。

其中，第一时间投影条纹的单个周期条纹编码为：10101000，10101000可周期性重复设置在第一时间投影条纹中，第二时间投影条纹的单个周期条纹编码为：10001010，10001010可周期性重复设置在第二时间投影条纹中，第三时间投影条纹的单个周期条纹编码为：11111111，11111111可周期性重复设置在第三时间投影条纹中，当然，10101000、10001010、11111111的重复周期数对应相同；在投影过程中，三个时间投影条纹按时间顺序投影，如在第一个投影时间投影第一时间投影条纹，在第二个投影时间投影第二时间投影条纹，在第三个投影时间投影第三时间条纹图案。

可选地，当三维重建前获取相机图像的投影条纹时，无论遇到物体边界、遮挡、反光等各种恶劣环境破坏条纹的都可以通过以上编码进行识别，避免了编码歧义的问题。

需要说明的是，图3a-图3c所示的三个时间投影条纹设计为一个重建周期，基于3张时间投影条纹即可完成解码重建的工作，大大缩短了动态扫描时持续采集时间投影条纹所需的时间，避免了因快速移动导致的图像错位，图像模糊，解码错误等问题。

图4a是根据本发明实施例的一种颜色投影条纹的示意图，如图4a所示，对该编码周期内各条条纹进行颜色编码，颜色种类越多则越容易设计编码的唯一性，但同时会带来颜色编码识别的困难度，因为颜色种类越多越难区分颜色之间的差异。控制条纹的数量如8条，即可通过三种颜色来进行编码区分，大大减少了编码解码的复杂度。

图4b是根据本发明实施例的一种颜色投影条纹编码表的示意图，如图4b所示，基于不同颜色投影条纹的编码值(采用二值编码0或1来表达颜色三通道的信息)，得到三位二进制数结果便是条纹编码。

例如，图4a所示的投影条纹包括三种颜色，每个颜色的条纹对应一个编码序列；其中，红色条纹(R)对应的编码序列为：100，蓝色条纹(B)对应的编码序列为：001，绿色条纹(G)对应的编码序列为：010。当然，投影条纹也可以是基于德布鲁因序列排布的彩色条纹序列，或以基于德布鲁因序列排布的彩色条纹序列作为单个周期重复设置多个的条纹序列。

可选地，当三维重建前获取相机图像中的投影条纹时，无论遇到物体边界、遮挡、反光等各种恶劣环境破坏条纹的都可以通过以上编码进行识别，避免了条纹编码歧义的问题。

需要说明的是，以如图4a所示的不同颜色的投影条纹为一个周期，可实现1张简单的基于颜色编码的颜色投影条纹，即可完成解码重建的工作，大大缩短了动态扫描时的单帧三维数据所需的图像序列采集持续时间，减少了编码解码的复杂度和计算消耗，避免了因颜色种类过多导致的算法复杂耗时，解码错误等问题。

图5是根据本发明实施例的一种三维扫描方法的流程图，如图5所示，基于上述三维扫描装置执行以下步骤：

步骤S502，通过投影设备向待扫描对象投射投影条纹；

步骤S504，通过相机对待扫描对象进行采集，得到相机图像，其中，相机图像为待扫描对象在相机的像平面的成像，像平面包括第一成像区间，当待扫描对象位于三维扫描装置的有效景深范围内，第一条纹组在像平面的成像位于第一成像区间内且第一成像区间内仅有第一条纹组；步骤S506，通过处理器基于相机图像对待扫描对象进行三维重建。

在本发明实施例中，投影设备，用于向待扫描对象投射投影条纹，所述投影条纹包括第一条纹组；相机，用于对所述待扫描对象进行采集，得到相机图像，其中，所述相机图像为所述待扫描对象在所述相机的像平面的成像，所述像平面包括第一成像区间，当所述待扫描对象位于所述三维扫描装置的有效景深范围内，所述第一条纹组在所述像平面的成像位于所述第一成像区间内且所述第一成像区间内仅有所述第一条纹，上述三维扫描装置根据光的直线传播特性，使投影条纹不超出三维扫描装置硬件结果所限定的第一成像区间，因此利用该第一成像区间作为一个编码周期，并在该编码周期内保证投影条纹编码的唯一性，就可以利用少量投影条纹的编码信息(即较少序列图像或较少空间编码)保证编码的唯一性，从而在不需要依靠高难度的硬件水平即可结合光学特性下使用，也可以利用较少幅图像序列或较简单的空间编解码方法来提升动态扫描的速度，实现了提高扫描效率的技术效果，进而解决了现有技术的结构光编码图案需要多幅图像序列进行复杂编码技术问题。作为一种可选的实施例，该方法还包括：基于相机图像，确定相机图像中条纹的中心所在像素坐标；处理器预设有第一成像区间的坐标，基于条纹的像素坐标及第一成像区间的坐标，确定各条纹的编号；条纹的中心所在像素坐标基于编号进行三维重建，获取待扫描对象的三维数字模型。

作为一种可选的实施例，通过相机对待扫描对象进行采集，得到相机图像，其中，相机图像为待扫描对象在相机的像平面的成像，像平面包括第一成像区间和第二成像区间，当待扫描对象位于三维扫描装置的有效景深范围内，第一条纹组在像平面的成像位于第一成像区间内且第一成像区间内仅有第一条纹组，第二条纹组在像平面的成像位于第二成像区间内且第二成像区间内仅有第二条纹组。需要说明的是，待扫描对象在有效景深范围内移动时，第一条纹组在第一成像区间内移动但始终不会超出第一成像区间，第二条纹组在第二成像区间内移动但始终不会超出第二成像区间。

作为一种可选的实施例，投影设备，用于向待扫描对象投射投影条纹，所述投影条纹包括第一条纹组和第二条纹组；相机，用于对所述待扫描对象进行采集，得到相机图像，其中，所述相机图像为所述待扫描对象在所述相机的像平面的成像，所述像平面包括第一成像区间和第二成像区间，当所述待扫描对象位于所述三维扫描装置的有效景深范围内，所述第一条纹组在所述像平面的成像位于所述第一成像区间内且所述第一成像区间内仅有所述第一条纹，第二条纹组在像平面的成像位于第二成像区间内且第二成像区间内仅有第二条纹组，上述三维扫描装置根据光的直线传播特性，使投影条纹不超出三维扫描装置硬件结果所限定的第一成像区间和第二成像区间，因此利用该第一成像区间仅成像有一个编码周期、第二成像区间仅成像有另一个编码周期，并在每个编码周期内保证投影条纹编码的唯一性，就可以利用少量投影条纹的编码信息(即较少序列图像或较少空间编码)保证编码的唯一性，从而在不需要依靠高难度的硬件水平即可结合光学特性下使用，也可以利用较少幅图像序列或较简单的空间编解码方法来提升动态扫描的速度，实现了提高扫描效率的技术效果，进而解决了现有技术的结构光编码图案需要多幅图像序列进行复杂编码技术问题。同一投影图案中可重复设置编码唯一的序列条纹，减少编码难度。

作为一种可选的实施例，该方法还包括：基于相机图像，确定相机图像中条纹的中心所在像素坐标；处理器预设有第一成像区间和第二成像区间的坐标，基于条纹的像素坐标、第一成像区间的坐标及第二成像区间的坐标，确定各条纹的编号；条纹的中心所在像素坐标基于编号进行三维重建，获取待扫描对象的三维数字模型。

作为一种可选的实施例，第一成像区间与第二成像区间等间距设置。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种三维扫描装置，其特征在于，包括：

投影设备，用于向待扫描对象投射投影条纹，所述投影条纹包括第一条纹组；

相机，用于对所述待扫描对象进行采集，得到相机图像，其中，所述相机图像为所述待扫描对象在所述相机的像平面的成像，所述像平面包括第一成像区间，当所述待扫描对象位于所述三维扫描装置的有效景深范围内，所述第一条纹组在所述像平面的成像位于所述第一成像区间内且所述第一成像区间内仅有所述第一条纹组。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述投影设备的投影光轴和所述相机的采集光轴之间形成有***夹角α，所述相机的光学参数包括：镜头放大倍率k₁，所述三维扫描装置的有效景深用ΔL表示，所述第一成像区间用d₁表示，d₁＝ΔL×tgα÷k₁。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述投影设备包括：图像显示元件，所述图像显示元件包括：第一显示区间，所述第一显示区间设有所述第一条纹组；

所述投影设备的光学参数包括：所述投影设备的镜头放大倍率k₂，所述第一显示区间用D₁表示，D₁＝ΔL×tgα÷k₂。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述投影条纹还包括：第二条纹组，所述第二条纹组与所述第一条纹组相邻设置；

所述像平面包括：第二成像区间，所述第二成像区间与所述第一成像区间相邻设置；

当所述待扫描对象位于所述三维扫描装置的有效景深范围内，所述第二条纹组在所述像平面的成像位于所述第二成像区间内且所述第二成像区间内仅有所述第二条纹组。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，

所述投影条纹包括：多个呈周期性排布的条纹组，所述第一条纹组与所述第二条纹组分别为一个周期的条纹组。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，

所述投影设备的投影光轴和所述相机的采集光轴之间形成有***夹角α，所述相机的光学参数包括：镜头放大倍率k₁，所述三维扫描装置的有效景深用ΔL表示，所述第二成像区间用d₂表示，d₂＝ΔL×tgα÷k₁。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，

所述投影设备包括：图像显示元件，所述图像显示元件包括：第二显示区间，所述第二显示区间设有所述第二条纹组；

所述投影设备的光学参数包括：所述投影设备的镜头放大倍率k₂，所述第二显示区间用D₂表示，D₂＝ΔL×tgα÷k₂。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

处理器，用于基于所述相机图像对所述待扫描对象进行三维重建。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，

所述处理器预设有所述第一成像区间坐标；

所述处理器基于所述相机图像确定所述相机图像中条纹的中心所在像素坐标；

所述处理器基于所述条纹的像素坐标及所述第一成像区间的坐标，确定所述相机图像中各条纹的编号；

所述处理器基于所述条纹的中心所在像素坐标及所述编号进行三维重建，获取待扫描对象的三维数字模型。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，

所述处理器预设有投影条纹中各条纹的光平面及对应编号；

所述处理器基于所述相机图像中各条纹的编号与所述各条纹的光平面的对应编号的一致性确定所述条纹的中心所在像素坐标所对应的光平面；

所述处理器基于所述条纹的中心所在像素坐标及对应的光平面进行三角计算，重建待扫描对象的三维数字模型。

11.一种三维扫描方法，其特征在于，基于权利要求1-7中任一项所述的三维扫描装置执行以下步骤：

通过投影设备向待扫描对象投射投影条纹；

通过相机对所述待扫描对象进行采集，得到相机图像，其中，所述相机图像为所述待扫描对象在所述相机的像平面的成像，所述像平面包括第一成像区间，当所述待扫描对象位于所述三维扫描装置的有效景深范围内，所述第一条纹组在所述像平面的成像位于所述第一成像区间内且所述第一成像区间内仅有所述第一条纹组；

通过处理器基于所述相机图像对所述待扫描对象进行三维重建。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于所述相机图像，确定所述相机图像中条纹的中心所在像素坐标；

所述处理器预设有第一成像区间的坐标，基于所述条纹的像素坐标及所述第一成像区间的坐标，确定各条纹的编号；

所述条纹的中心所在像素坐标基于所述编号进行三维重建，获取待扫描对象的三维数字模型。

Images