一款结构光三维扫描测量装置的设计

魏茂 王修竹 刘涌

摘 要： 结构光三维扫描仪具有高速度、高精度、获取的点云密集等特点，得到了市场的广泛认可，广泛应用于精细化测量领域。基于时间相位展开算法和双目视觉原理，利用工业相机和光栅投影仪构建了一套结构光栅三维扫描测量实验装置，较为全面地阐述了设计方案和设计步骤，为从事三维结构光测量的研究者和应用开发者提供了一种参考方案。实验结果表明，该装置能够有效地支持结构光扫描，具有较高的测量精度。

关键词： 三维测量； 结构光栅投影； 立体视觉； 测量装置

中图分类号：TP391 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2018）09-01-03

Abstract： Structured light 3D scanner has been widely recognized in the market and used in three-dimensional measurement fields because of its characteristics of high speed， high precision and dense point cloud. In this paper， a set of experimental device for 3D scanning measurement of structural grating is constructed using industrial camera and grating projector based on temporal phase unwrapping and stereo vision. The specific design scheme and design steps are described in detail， which provides a reference scheme for researchers and application developers engaged in 3D structural light measurement. The experimental results show that the device can effectively support structured light scanning and has high measurement accuracy.

Key words： three-dimensional measurement； structured grating； stereo vision； measurement device

0 引言

近年来，3D打印技术与虚拟现实技术的快速发展，为3D测量与数字建模技术打开了广阔的应用市场。结构光三维扫描仪因其扫描精度高、测量速度快、获取的点云密集等特点，被广泛应用于工业检测、机械仿制、文物保护等领域。尽管相关产品已广泛投放市场，但对于初涉该项技术的研究者和开发者而言，公开发表的相关技术资料还非常稀少。有鉴于此，本文介绍了一款结构光栅三维扫描仪的设计过程，为研究者和应用开发者搭建实验平台提供一些参考，有助于推广结构光3D扫描技术在我国的应用。

1 主要部件选型

所开发的结构光三维扫描仪由双目相机、光栅投影仪两个主要光电部件构成。

⑴ 光栅投影机

出于性能考虑，本文采用巨维达PDC03型结构光栅投影机[1]。其主板输入输出接口如图1所示。

该投影机主要包含MiniUSB接口、同步输出/CCD外触发接口、电源接口等。……