【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電子掃描，涉及基于可見光的手持式三維掃描系統。
技術介紹
1、三維掃描儀，作為三維掃描技術的核心應用，是高精度科學設備，核心功能在于精確探測并深入分析現實世界中各類物體乃至復雜環境的形狀特征與外觀細節，實現了從實體物品到計算機可直接識別與操作數字信號的飛躍，徹底顛覆了傳統的物體測量方式，開啟了非接觸式精準測量的新紀元。三維掃描儀利用先進技術收集數據，開展三維重建計算，在虛擬空間準確再現現實物體的三維模型。掃描儀生成物體表面的點云數據，精準勾勒物體輪廓與形態；點云密集度決定模型精確度，此過程稱“三維重建”。若掃描儀能捕捉物體表面顏色，可在模型上添加材質貼圖，使虛擬模型更逼真，此過程稱“材質映射”。
2、三維掃描技術廣泛應用于各種需要三維信息的行業。在工業上，助力產品設計、質量檢測與逆向工程，提升效率與質量；在文化領域，成為文物保護、藝術品復制與存檔的關鍵；醫療上，用于手術規劃、矯形器制作等，提供個性化精準服務。此外，還在建筑、影視、游戲等領域發揮重要作用，推動行業創新與發展。
3、現有公告號為cn108931205b的中國專利公開了一種三維掃描系統及掃描方法，其中，三維掃描方法包括設置一轉盤，選擇設定長度、設定高度、設定角度的支撐結構，將三維掃描模塊設置在支撐結構上，并對準轉盤；三維掃描模塊判斷與轉盤的距離和角度，計算圖像采集單元的內外參數，選擇對應的標定文件；在轉盤上放置待測物體，開始掃描，三維掃描模塊對待測物體進行拍攝，生成三維點云；轉盤在x軸平面上旋轉固定角度，三維掃描模塊對待測物體進行
4、盡管現有技術操作更方便，掃描無死角，但未考慮不同材質對掃描效果的影響、掃描精度與完整性的進一步提升以及實時數據處理與三維模型生成的效率的問題。因此，本申請提供了基于可見光的手持式三維掃描系統。
技術實現思路
1、針對現有技術存在的不足，本專利技術的目的在于提供基于可見光的手持式三維掃描系統，通過自適應調節設備參數，利用相機捕捉物體表面的三維信息，提升了系統應對不同材質或顏色的掃描能力，通過三維掃描儀內置的多個攝像頭對物體進行掃描，無需額外的支撐結構，提高了掃描精度和應用的靈活性，并在掃描過程中實時捕捉并處理數據，生成物體的三維模型。
2、為實現上述目的，本專利技術提供了如下技術方案：
3、基于可見光的手持式三維掃描系統，包括：校準模塊、自適應調節模塊、三維掃描模塊和存儲模塊；
4、所述校準模塊用于利用已知的參照物對三維掃描儀進行校準；
5、所述自適應調節模塊用于根據目標物體的材質和表面特性，自動優化掃描參數；
6、所述三維掃描模塊實時獲取目標物體表面的多角度的反射圖像，識別圖像中目標物體表面的幾何信息，構建目標物體的三維表面模型；
7、所述存儲模塊用于存儲掃描過程中生成的數據，并根據存儲數據建立數據索引；
8、所述三維掃描模塊包括特征提取單元、模型構建單元和紋理定位單元；
9、所述特征提取單元用于獲取所述目標物體表面的多角度的反射圖像，識別圖像中目標物體表面的幾何信息，生成特征點集合；
10、所述模型構建單元用于對所述目標物體的多角度圖像信息中的特征點集合進行匹配，構建三維表面模型；
11、所述紋理定位單元用于獲取所述目標物體的紋理圖像，并提取所述紋理圖像中的紋理信息，將所述紋理信息映射到所述三維表面模型上；
12、紋理信息映射的具體步驟包括：
13、同步獲取目標物體的紋理圖像，對紋理圖像進行預處理；
14、利用canny邊緣檢測算法和harris角點檢測算法，生成紋理圖像的特征點集合；
15、獲取第二圖像的特征點集合，計算所述紋理圖像和所述第二圖像中各個特征點的相似度；
16、設置一個紋理相似閾值，篩選出滿足條件的紋理匹配點對，并生成紋理匹配集合；其中，為第二圖像上第個像素點，為紋理圖像上第個像素點；
17、通過最小二乘法計算出仿射變換矩陣，使得，并基于三維點云數據集，計算出紋理坐標集；
18、利用雙線性插值計算三維表面模型中任意插值點的紋理坐標；
19、其中，對于三維表面模型上的任意點可通過仿射變換計算得到對應的紋理坐標，，為仿射變換的參數，為三維點云數據集中的三維坐標集；
20、利用雙線性插值計算三維表面模型中其他點的紋理坐標；確定四個已知點、、、，這四個已知點為三維表面模型上的頂點，并且已經具有紋理坐標；獲取一個待計算的插值點，點位于由、、、四個點構成的四面體內部或表面上，根據插值點與四個已知點，計算權重系數，使用權重系數和四個已知點的紋理坐標，通過加權平均的方法估算插值點的紋理坐標；表達式如下所示：
21、；
22、；
23、式中，分別為相對于點、、、的權重系數，為點的三維坐標，為點的紋理坐標，為點的三維坐標，為點的紋理坐標，為點的三維坐標，為點的紋理坐標，為點的三維坐標，為點的紋理坐標，為插值點的三維坐標，為插值點的紋理坐標；
24、利用所述紋理圖像中各個像素點的紋理坐標，提取所述紋理圖像中的像素顏色值，并將所述像素顏色值應用到所述三維表面模型的對應點上，生成帶有紋理信息的三維表面模型。
25、具體地，自動優化掃描參數的具體步驟包括：
26、獲取系統內的標準反射圖，并計算所述標準反射圖的標準亮度均值和標準對比度；
27、初始化所述三維掃描儀的參數；
28、向所述目標物體投射光圖案，并獲取反射光圖案，計算所述反射光圖案的亮度均值和對比度；
29、自動調整白光投影儀的亮度和對比度，表達式如下所示：
30、；
31、；
32、式中，為所述白光投影儀當前時刻的亮度，為所述白光投影儀調整后的亮度，為亮度調節系數，為所述白光投影儀調整后的對比度，為所述白光投影儀當前時刻的對比度，為對比度調節系數。
33、具體地，自動優化掃描參數的具體步驟還包括：
34、重新向所述目標物體投射光圖案，并計算調整后的反射光圖案的亮度均值和對比度、；
35、設定亮度差閾值為、對比度差閾值為，判斷調整后的反射光圖案質量是否合格；
36、若且，圖案質量合格，自動調整結束；
37、若或，圖案質量不合格，繼續調整白光投影儀的亮度和對比度。
38、具體地，幾何信息識別的具體步驟包括：
39、獲取所述目標物體的反射圖像，并對反射圖像進行預處理；
40、計算所述反射圖像中像素點的梯度幅值和方向，并利用canny邊緣檢測算法生成反射圖像的邊緣圖像；表達式如下所示：
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【技術保護點】
1.基于可見光的手持式三維掃描系統，其特征在于，包括：校準模塊、自適應調節模塊、三維掃描模塊和存儲模塊；
2.根據權利要求1所述的基于可見光的手持式三維掃描系統，其特征在于，自動優化掃描參數的具體步驟包括：
3.根據權利要求2所述的基于可見光的手持式三維掃描系統，其特征在于，自動優化掃描參數的具體步驟還包括：
4.根據權利要求3所述的基于可見光的手持式三維掃描系統，其特征在于，幾何信息識別的具體步驟包括：
5.根據權利要求4所述的基于可見光的手持式三維掃描系統，其特征在于，特征點集合匹配的具體步驟包括：
6.根據權利要求5所述的基于可見光的手持式三維掃描系統，其特征在于，構建三維表面模型的具體步驟包括：
7.根據權利要求6所述的基于可見光的手持式三維掃描系統，其特征在于，構建三維表面模型的具體步驟還包括：
【技術特征摘要】
1.基于可見光的手持式三維掃描系統，其特征在于，包括：校準模塊、自適應調節模塊、三維掃描模塊和存儲模塊；
2.根據權利要求1所述的基于可見光的手持式三維掃描系統，其特征在于，自動優化掃描參數的具體步驟包括：
3.根據權利要求2所述的基于可見光的手持式三維掃描系統，其特征在于，自動優化掃描參數的具體步驟還包括：
4.根據權利要求3所述的基于可見光的手持式三維...
【專利技術屬性】
技術研發人員：宋紫微，
申請(專利權)人：上海模高信息科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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