一种获得物体三维和颜色数据的系统和方法

摘要

一种获得物体三维和颜色数据的系统及方法，其中系统包括采集头和滑轨，所述采集头在所述滑轨上滑动设置，所述采集头包括光栅发生器、水平摄像头和倾斜摄像头，所述光栅发生器的光栅发射方向垂直于所述滑轨，所述水平摄像头紧挨所述光栅发生器设置并且其拍摄方向平行于所述光栅发生器的光栅发射方向；所述倾斜摄像头沿所述滑轨的延伸方向距离所述光栅发生器一端距离设置并且其拍摄方向与所述光栅发生器的光栅发射方向成夹角。本发明重新构建了硬件设计，大幅降低了软件算法的难度，提高了扫描的精确度；本发明由于不再需要软件拼接，减小了出错和数据扭曲的几率；非常适用于扫描大型模型，例如人体，家具等。成像效果极佳。

主权项

一种获得物体三维和颜色数据的方法，其特征在于，基于获得物体三维和颜色数据的系统实现，所述获得物体三维和颜色数据的系统，包括采集头和滑轨，所述采集头在所述滑轨上滑动设置，所述采集头包括光栅发生器、水平摄像头和倾斜摄像头，所述光栅发生器的光栅发射方向垂直于所述滑轨，所述水平摄像头紧挨所述光栅发生器设置并且其拍摄方向平行于所述光栅发生器的光栅发射方向；所述倾斜摄像头沿所述滑轨的延伸方向距离所述光栅发生器一定距离设置并且其拍摄方向与所述光栅发生器的光栅发射方向成夹角；所述光栅发生器的光栅发射方向、所述水平摄像头的拍摄方向和所述倾斜摄像头的拍摄方向在同一平面上；所述滑轨为由步进电机控制的滑轨，并且所述滑轨竖直设置；所述光栅发生器的散射角不超过0.2rad，光栅的宽度不超过1mm；所述倾斜摄像头沿所述滑轨的延伸方向距离所述光栅发生器10cm，并且其拍摄方向与所述光栅发生器的光栅发射方向所成夹角为45°；所述水平摄像头和所述倾斜摄像头沿所述滑轨的延伸方向位于所述光栅发生器的两侧或者同侧；所述光栅发生器为激光发生器，所述水平摄像头为高分辨率摄像头；所述的获得物体三维和颜色数据的方法包括步骤如下：步骤一，将被测物体放置在所述光栅发生器的光栅发射方向和所述倾斜摄像头的拍摄方向的交点位置上，启动所述光栅发生器、所述水平摄像头和所述倾斜摄像头，使光栅照射到被测物体方向上，则在所述被测物体方向产生一个高亮光线；根据摄像头的成像原理，会将光栅束经过的路径反映在所述水平摄像头和所述倾斜摄像头图像中；步骤二，当被测物挡住光栅时，就会在所述被测物表面产生一个高亮点，所述高亮点会反映在所述水平摄像头和所述倾斜摄像头取得的图像中；步骤三，计算三维数据，假设所述倾斜摄像头图像横向为x坐标轴，纵向为y坐标轴，那么根据三角勾股定理，图像中高亮点的y值与其到光栅发生器的距离成比例并且该比例是线性的；设倾斜摄像头与光栅发生器的垂直距离为H，光栅发生器到被测物的距离为L，倾斜摄像头的偏离角度为a，倾斜摄像头垂直分辨率为YR；倾斜摄像头产生的图像里面光栅的成像点到倾斜摄像头中轴线的垂直距离为X，倾斜摄像头产生的图像里面光栅的成像点到光栅线与倾斜摄像头中轴线交点的距离为Y，从光栅发生器到光栅线与倾斜摄像头中轴线交点的距离为M，倾斜摄像头成像平面与倾斜摄像头的中轴线成直角；根据几何定律我们可以知道角度b＝(90°‑a)Y与X的关系是：Y＝X/sin(b)＝X/sin(90°‑a)M的值M＝tan(a)*H光栅发生器到物体的距离L应该等于M+Y,即：L＝tan(a)*H+X/sin(90°‑a)其中a和H为设备固定参数，所以L和X成比例关系，由此我们能够获得光栅所在位置的三维信息；步骤四，获得颜色数据，由于所述水平摄像头的摄像方向与光栅发射方向一致，所述水平摄像头即获得被测物体的颜色信息，即获得被测物体颜色数据；其中，步骤三和步骤四不分先后顺序；所述步骤三中的计算公式写成算法并固化在单片机或者计算机内；所述步骤四中，当所述滑轨竖直设置，所述水平摄像头位于所述光栅发生器下方时，所述水平摄像头即获得所述光栅照射行以下若干行的颜色信息。