TW200413694A - Three-dimensional scanning system and its method - Google Patents

Description

200413694 玖、發明說明 一、 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於-種三維掃描系統及其方法，尤指一種利用 =栅^掃描器及兩台數位相機取像，再利用軟體掃描技術將三維 〜像。成後’使用二維誤差擴散分布表進行佈點再將佈點資料以 雷射脈衝之方式輸出至物質上之三維掃描系統及其方法。、 二、 【先前技術】 ，傳統三轉描純仙t射非接觸良測或機械式接觸 方式’適用於靜態之物歸描，如汽車、模具模型等，1中 =優點為-精確但價格昂貴，且雷射光束易對㈣皮膚造:傷 械式制量測m錢宜，但精確度錢械式 易使皮膚刮傷，因此無法適用於人臉與身體之掃描，誠屬 足之處。 、个 因此’本發明係提供-種三維掃描线及其方法，其藉 :=掃描器及兩台數位相機取像’再利用軟體掃描技術將三 維=象&成後，使用三維誤差擴散分布表進行佈點制佈點資料 以雷射脈衝之方式輸出至物f上之三維掃描系統及其方法。、 三、 【發明内容】 ^==提供—種三維掃描系統及其方法，其湘光栅式掃 “及兩D數位相機取像，制陳體掃描技術將三維影像 維駐聽分衫騎佈料料雷射脈衝 之方式輸出至物質上之三維掃描系統及直方法。 資料本統’其根據該輸入影像以取得三_ 二處，：，耦接至該輸入單元，用以儲存及整合該三維圖 、、文1料’並經處理後將該三維圖纹資料 輪出.以#W 成二維運動控制訊號 輪出、，以及輸出早π，_至該處理單元，接收該三維運動 Λ號並據以輸出雷射脈衝至物質上。 200413694 此外，本發明之三維掃描方法，係用於掃描一物體之輸入影 像並將之轉換成三維圖紋資料再輸出至少一雷射脈衝至一物質 士，该二維掃描方法包括下列步驟··（a)使用一輸入單元，以取 =該物體之加大取像面之一三維圖紋資料；（b)將該三維圖紋資 ，輪入至一處理單元，並利用該處理單元中之一灰階應用程式以 二出该二維圖紋資料之分點座標；以及（c)依據該分點座標建立 二維誤差擴散分佈表以進行佈點。 為使貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵及其目 的’ β附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如后。 四、【實施方式】 ^請參照圖1，其繪示根據本發明之一較佳實施例之三維掃描 系統之方塊示意圖。如圖所示，本發明之三維掃描系統丨係用於 掃私一輸入景彡像，其包括：一輸入單元11，一處理單元12及一 輸出單元13所組成。 其中該輸入單元11進一步包括：一圖紋投影機m，用以 輸出光柵至一待掃描物體上；以及至少一數位相機112、113， 刀別置於該圖紋投影機111之兩側，依據該光栅用以取得該待掃 描物體之一二維影像資料。其中該圖紋投影機lu之光柵之密度 係為可調的，例如10條、20條等據以得到不同解析度之影像資 料。 其中，該處理單元12進一步包括：一個人電腦121，其上 具有一圖紋資料庫1211、一灰階應用程式1212及一多圖整合程 式1213，其中該圖紋資料庫12Π係用以儲存該圖紋投影機m 所取得之圖紋資料，該灰階應用程式丨212係根據灰階處理演算 法（如後所述）由該圖紋資料取得該物體之三維灰階影像資料，而 該多圖整合程式1213係用以將多個圖紋資料視需要整合在一 起；一影像擷取介面122，係位於該個人電腦121中，耦接至該 200413694 機112、113 ’用以取得該物體之二維影像資料；_圖紋 資料接至該圖紋投影機111，用以解碼該二維影像 二、付二二維圖紋資料，並送至該圖紋資料庫1211加以儲 、及—維運動控制介面i 24，根據該三 三維運動控制訊號至該輸出單元13。 情出°玄 其中’該輸出單元13進一步包括：一雷射脈衝控制裝置 輕接至該三維運動控制介面124，其具有—諸輸出程式 1川，該雷射輸出程式1311依據該三維運動控制訊號以輸出該 雷射脈衝；以及-三維運動控制平台132’㈣至該雷射脈衝控 制裝置131 ’用以將該雷射脈衝發射至該物質上，其中該物質係 由一透明材料所製成，例如玻璃、水晶或壓克力等'。 、’、 、凊參照圖2，錢示根據本發明之_較佳實施例之三維掃描 方法之流程示意圖。如圖所示’本發明之三維掃描方法，係用於 掃描一物體之輸入影像並將之轉換成一三維圖紋資料再輸出至 士：雷射脈衝至一物質上，包括下列步驟：步驟⑷使用一輸入 單兀11 ’以取得該物體（請參照圖3)之加大取像面之一三維圖紋 資料；步驟（b)將該三維圖紋資料輪入至一處理單元12，並利用 該處理單元12中之-灰階應用程式1212以^出該三維圖紋資料 之分點座標；以及步驟（c)依據該分點座標建立三維誤差擴散分 佈表以進行佈點。 ” 請參照目3，#繪示根據本發明之一較佳實施例之三維掃描 方法之取像示意圖。本發明之三維掃描方法，在該步驟（a)及步 驟（b)中所使用之輸入單元11及該處理單元12具有如圖丨所示 之構件，其原理請參照圖1所述在此不再贅述。如圖3所示，在 步驟（a )中使用3亥圖紋投衫機111輸出光柵至一待掃描物體2及 一屏蔽面3上，並使用兩個數位像機112、113以分別取得該物 體2之加大取像面之一三維圖紋資料，其原理如下·· 200413694 pn(x，y，z):相機112所取影像之點座標 OsUvi :影像1之有效點數 p2j(x，y，z):相機113所取影像之點座標 0 s j sV2 :影像2之有效點數 (Ximin，yimin，Zimin)Spii(X，y，z)S(xlmax，ylmax，Zlmax):決定影像 1 之有 效視窗範圍 (X2min, y2min, Z 2m i η ) < p2 j ( X, y, Z)<(X2max, y2fflax, Z2max):決定影像 2 之 有效視窗範圍 、 因此，由上述之原理即可分別取得數位像機112之影像1及數位 像機113之影像2之範圍。 請參照圖4，其繪示根據本發明之一較佳實施例之三維掃描 | 方法之影像合成示意圖。本發明之三維掃描方法，在步驟（幻中 將該影像1及影像2之範圍再配合該光栅密度所取得之三維圖紋 資料輸入至該處理單元12，並利用該處理單元12中之一灰階應 用程式1212將影像一及影像二之資料進行灰階處理以定出該三 維圖紋資料之分點座標，其原理如下： 由（Xloun, yirain, Zlnnn)，（X 丨㈣，ylmax，Zimax)，（η —，γ2—，Z2—) (X2嶋，y2raax，Z2嶋）決定出（X3min，y3rain，Z3min)，（X3max，y3·，以咖），並依 照邊灰階應用程式1212之解析度（即光柵之密度）gres& · (Χ3πηη, y3min, Z3mln), (X3max，y3max，Z3max)定出佈點（point cloud)之分點 座標P3k(x，y，z)，則其合成點座標即為·· 3k . ~Bx(pii(x, y, z), p2j(x, y, z), Xii, x2j) •xsr 〜：i(PH(X，y，Z)，p2j(x，y，z)，yii，y2j) .y3k · -Bz(Ph(X，y，z)，p2j(x，y，z)，Zu，Ζ2〇 ·ζ“ 其中’ Bx，y，z即為三維掃描之有效布林函數。 其中’在步驟（C)中依據該分點座標n、p及η建立三維誤 差擴放分佈表T(I，j，k)以進行Halftone佈點，可分別調整明亮 11 200413694 與對比，以便將三維影像資料以雷射脈衝方式輸出至一物質上， 以呈現出三維之影像。 本發明所揭示者，乃較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而 源於本發明之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，倶 不脫本發明之專利權範疇。 綜上所陳，本發明無論就目的、手段與功效，在在顯示其迥 異於習知之技術特徵，且其首先發明合於實用，亦在在符合新型 之專利要件，懇請貴審查委員明察，並祈早日賜予專利，俾嘉 惠社會，實感德便。

五、【圖式之簡單說明】 圖1是一示意圖，其繪示根據本發明之一較佳實施例之三維 掃描糸統之方塊不意圖。 圖2是一流程圖，其繪示根據本發明之一較佳實施例之三維 掃描方法之流程示意圖。 圖3是一示意圖，其繪示根據本發明之一較佳實施例之三維 掃描方法之取像不意圖。 圖4是一示意圖，其繪示根據本發明之一較佳實施例之三維 掃描方法之影像合成示意圖。

【圖式元件標號說明】 三維掃描系統 1 輸入單元 11 圖紋投影機 111 數位相機 112 數位相機 113 處理單元 12 個人電腦 121 圖紋資料庫1211 灰階應用程式 1212 多圖整合程式 1213 影像擷取介面122 圖紋解碼介面 123 三維運動控制介面124 輸出單元 13 雷射脈衝控制裝置131 雷射輸出程式 1311 三維運動控制平台132 受測物 2 屏蔽面 3 12

Claims (1)

1. 200413694 申請專利範圍 描系三維掃描系統，係用於掃描'輸入影像，該三維掃 二輸入，元，根據該輸入影像以取得一三維圖紋資料，· 紋資粗處理早凡，㈣至該輸人單元，用以财及整合該三維圖 號輪：’二處理後將該三維圖紋資料轉換成一三維運動控制訊 並據以=早70，祕至該處理單元，接收該三維運動控制訊號 葆以輪出至少—雷射脈衝至一物質上。 單元2進:Π:利範圍第1項所述之三維掃描系統，其中該輸入 紋投影機，用以輸出光栅至一待掃描物體上；以及 少-數位相機，置於該圖紋投影機之 以取得該待掃描物體之—二維影像資料。依據料栅用 單元3進==範圍第1項所述之三維咖 多圖腦，其上具有—圖紋資料庫、—灰階應用程式及一 資料4像#|取介面至該數位相機，用以取得該二維影像 像資料接4:圖紋投影機’用以解碼該二維影 以及 以—維圖紋貢料，並送至該圖紋資料庫加以儲存； 控二面’根據該三維圏紋資編該三維運動 單二:::利範圍第1項所述之三維椅描系統，其中該輪出 200413694 雷射脈衝控制裝置，耦接至該三維運動控制介面，其具有 雷射輸出私式、亥雷射輸出程式依據該三維運動控制訊號以輸 出該雷射脈衝；以及 、准運動控制平σ，輕接至該雷射脈衝控制裝置，用以將 该雷射脈衝發射至該物質上。 5_ 士申明專利範圍第4項所述之三維掃描系統，其中該物質 ’、透明材料所製成，例如玻璃 '水晶或壓克力等。 絲從；種—維掃為方法’係用於掃描-物體之輸人影像並將之 =一三維圖紋資料再輸出至少一雷射脈衝至一物質上，該三 維％描方法包括下列步驟： (a)使用-輸入單元，以取得該物體之加大取像面之一三維 (b)H維圖紋資料輪人至—處理單元，並利用該處理單 凡^灰階應用程式以定出該三維圖紋資料之分點座標·,以及 (〇依據該分點座標建立三維誤差擴散分佈表以進行佈點。 士巾#專利範圍第6項所述之三維掃描方法 (a)中之該輸入單元進一步包括： / 一圖紋投影機，用以輸出光柵至-物體上；以及 以抱才目冑置於该圖紋投影機之兩側，依據該光栅用 乂取侍該物體之一二維影像資料。 ㈤φ8_如：請專利範圍第6項所述之， Cb)中之處理單元進一步包括： 圖紋資料庫、一灰階應用程式及一 一個人電腦，其上具有 多圖整合程式； 用以取得該二維影像 一影像擷取介面，耦接至該數位相機， 資料； 一圖紋解碼介面 ’耦接至該圖紋投影機， 用以解碼該二維影 14 像資料以取得該三維圖紋資 . 以及 並送至該圖紋資料庫加以館存· 一三維運動控制介面， -控制訊號至該輸出單元/據該二維圖紋資料輸出三維運動之 (c):·如申睛專利範圍第6項所述之三維掃描方法，其中該步驟 中之該佈點步驟係使用Halftone誤差擴散法進行佈點。

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