[0001] 本实用新型属于三维建模技术领域，具体涉及一种结构光三维建模图像采集装置。

[0002] 三维建模是指利用计算机视觉技术将物体的形状、大小、颜色等信息转化为三维模型的过程。目前常用的三维建模方法主要包括以下几种：

[0003] 一、手动模型化；人工测量对象体面的尺寸和形状，利用绘图软件手动建模。主要优点是精度高，模型准确符合实物，高度自由，且可以改变细节。但缺点也明显，效率低，工作量大，主观因素影响较大，难以处理复杂形状。

[0004] 二、摄影测量；利用多张数字相机拍摄物体从不同角度和距离的照片。通过标定计算相机内外参数，然后通过多视图匹配重建出三维物体几何信息。主要算法为多视图立体匹配重建，这种方法速度快但精度一般，且容易受到光照条件的影响。

[0005] 三、激光扫描；通过高功率激光器发出脉冲光线，当光线照射到物体表面时，部分光线被反射回来，经过测距仪测量返回光线的时间，再根据光速和时间计算出物体表面的空间坐标。通过这种方式扫描整个物体表面，得到大量的点云数据，这种方法精度高但成本高。实用新型内容

[0006] 本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种结构光三维建模图像采集装置，能够消除手动制作模型的主观误差，提供电平触发投影与上升沿触发投影两种测量模式，可适应不同环境下的测量要求，以解决调整设备的成本与三维建模效率无法兼顾的问题。

[0007] 为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

[0008] 一种结构光三维建模图像采集装置，包括激光投影器、图像采集模块、光学支架以及同步触发器；

[0009] 图像采集模块包括工业相机及工业镜头；激光投影器和工业相机分别固定在一个光学支架上；同步触发器分别与工业相机和激光投影器连接；

[0010] 激光投影器，用于向被建模物体投射包含结构光信息的图案；

[0011] 图像采集模块，用于采集建模主体以及包含结构光信息的建模图像；

[0012] 光学支架，用于调整和固定激光投影器和图像采集模块的相对位置、俯仰角及方位角；

[0013] 同步触发器，用于发送触发信号控制激光投影器投影时机和图像采集模块采集图像的时机及时长。

[0014] 本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

[0015] 1、本装置通过光学器件的组合与结构的设计，使得结构光装置可以灵活工作在不同环境，通过调整激光发射器和图像采集模块的相对位置和角度，能适应不同的工作距离和光线条件，也能够在黑暗环境进行三维建模，有效提升了装置的实用性。

[0016] 2、本装置可有效扩大三维测量的实际范围，图像采集模块部分工业相机结合广角镜头的组合，可以实现较大范围的单次三维扫描，扩大了结构光三维测量的有效范围。

[0017] 3、本装置在进行投影与成像过程中，采用同步触发器控制结构光图案的投影与采集，激光投影器采用上升沿触发，接收到触发信号后按既定投影参数进行一组结构光图像的投影，一组结构光图像可同时包含八位二进制相移图案和一位二进制格雷码图案，图像采集模块采用电平触发的方式，通过同步触发器的电平触发时间进行不同时间的曝光，进行图像采集，有效提升了图案投影的效率与图像采集的质量和效率。

[0018] 4、本装置成本较低，采用普通低价CMOS传感器工业相机和单色激光器，在结构简单的同时能保持良好的结构光三维建模图像采集的性能，有效降低了结构光三维建模全系统成本。

[0019] 5、本装置结构简单实用，能够满足各种模式的三维重建需求；通过调整激光投影器的投影图案与同步触发器的电平延时，可实现整体重建过程中所需图案的精准采集并避免采集图案的时间错位和图像缺失问题。

[0024] 下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

[0025] 实施例

[0026] 如图1所示，一种结构光三维建模图像采集装置，包括：激光投影器2、图像采集模块、光学支架以及同步触发器3；

[0027] 图像采集模块包括工业相机1及工业镜头；激光投影器和工业相机分别固定在一个光学支架上；同步触发器分别与工业相机和激光投影器连接；工业相机和激光投影器对准待测物体4。

[0028] 激光投影器，用于向被建模物体投射包含结构光信息的图案；激光投影器具体采用引脚接口线或USB线与同步触发器连接，接收同步触发器的上升沿控制信号，实现不同的投影时机。

[0029] 图像采集模块，用于采集建模主体以及包含结构光信息的建模图像；

[0030] 工业相机具体采用引脚接口线或根据实际型号的标配线缆与同步触发器连接，接收高电平控制信号，实现控制工业相机的曝光时机和曝光时长。

[0031] 光学支架，用于调整激光投影器和图像采集模块的相对位置、俯仰角及方位角，保证激光投影器与工业相机的相对位置在图像采集时不发生变化，确保图像采集模块的稳定运行；光学支架还用于调整基线以适应不同的建模需求。

[0032] 同步触发器，用于发送触发信号控制激光投影器投影时机和图像采集模块采集图像的时机及时长，提高画面投影和图像采集的同步性同时保证成像质量。

[0033] 其中，激光投影器采用可调节焦距的平场扫描镜头，以适应不同大小和形状的物体投影需求，同时在高功率激光投影时热焦点偏移小，保证结构光图案投影的稳定性；具体的，采用投影亮度300尼特或更高的激光投影器，产生亮度更强、反差更高的结构纹理，有利于三维重建。

[0034] 激光投影器投射的结构光图案为亮度成正弦周期变化的相移图案或二进制编码的格雷码图案；相移图案的每个像素点亮度由八个二进制位确定；格雷码图案由黑白相间的条纹组成，每个条纹对应一个二进制位，每个格子对应一个二进制编码。

[0035] 同步触发器具体用于向激光投影器和图像采集模块发送控制命令，根据不同的建模需求，以上升沿信号触发控制激光投影器投影不同的类别的结构光图案，在每帧图像投影时，以高电平信号同步触发图像采集模块，在高电平信号持续时间控制工业相机持续曝光。

[0036] 在本实施例中，工业相机具体采用200万或更高像素、100帧每秒或更高帧率、低噪的CMOS传感器，以保证捕捉到清晰和完整的结构光图案。

[0037] 在本实施例中，工业镜头具体采用广角低阶蜂巢镜头，扩大结构光三维相机的有效测量区域和范围并减少视场畸变。

[0038] 如图2所示，本实施例装置工作时，同步触发器控制激光投影器，从固定角度投射一组或多组结构光图案；同步触发器以上升沿信号的形式发出控制命令，控制激光投影仪按照既定的投影时间投影一组或多组结构光图案。一组结构光图案可同时包含相移图案和格雷码图案；由于物体表面的凹凸不平，反射出来的结构光图案会发生形变，从而可以反映出物体表面的深度信息。

[0039] 如图3所示，同步触发器控制工业相机的曝光，捕捉结构光图案，工业相机从一个与激光投影器不同角度拍摄待测物体表面反射出来的结构光图案，用于结构光三维建模系统重建出待测物体的三维模型或点云数据；

[0040] 在激光投影器投影结构光图案时，同步触发器以高电平信号的形式发出控制命令，控制工业相机进行曝光，在高电平信号存在期间工业相机持续曝光，由于两种结构光图案：相移图案和格雷码图案，其像素点亮度信息不同，各亮度之间的边界模糊程度不同，因此针对八位二进制位的相移图案和一位二进制位的格雷码图案需要不同的曝光时间，相应的，同步触发器的高电平信号持续时间也不同，使得工业相机能获取高质量的图像信息作为结构光三维重建的输入图像。

[0041] 通过上述步骤，本实用新型装置可以实现对任意形状和大小的物体进行快速、高精度、高质量的结构光三维建模投影与图像采集。

[0042] 实际实施时，也采用其他类型的结构光图案，如正弦波、随机点等；也可以采用其他类型的工业相机和激光投影器，如立体相机、多视角相机、多波长激光投影器等。

[0043] 还需要说明的是，在本说明书中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

[0044] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。