一种采用码分多址和多天线技术的三维扫描方法技术

一种采用码分多址和多天线技术的三维扫描方法。属于非接触三维扫描领域。不论是激光扫描还是投影结构光扫描，主要光学部件包括激光扫描部件或投影部件，和CCD成像器件。这些部件结构复杂。本发明专利技术主要光学部件包括可调制光源和光敏元件，或者天线，结构非常简单。本发明专利技术也能采用声波。现有光学扫描技术不适合光泽表面和半透明表面。本发明专利技术通过提高信号接收灵敏度来适应光泽表面和半透明表面。为了更快完成物体多个侧面的扫描，通常要增设光学部件。现有光学扫描技术中，单独光学部件造价高昂。本发明专利技术提供增设的光学部件成本低。本发明专利技术应用并扩展伪随机码测距技术，使单纯的测距演变成空间扫描。并且区别于现有基于伪随机码测距的定位技术，区别于利用伪随机码的结构光三维扫描技术。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于非接触三维扫描领域。可用于地形测绘，空间探测，逆向工程。
技术介绍
非接触三维扫描领域有激光扫描技术和投影结构光扫描技术。激光扫描技术主要根据两种不同原理：1)向物体表面投射激光光斑。已知光斑相对于激光发射器的空间角度。用CCD成像器件捕获光斑。等效测得光斑相对于CCD成像器件的空间角度。获知两种空间角度数据后，通过计算求出光斑在三维空间里的位置，即物体表面一点的位置。收集物体表面大量点的位置即实现三维扫描。2)向物体表面投射激光光斑。光经过物体表面反射送回接收器。运用时间间隔发法、相位法测出光行走的路程，得到光斑与激光发射器的距离。又已知光斑相对于激光发射器的空间角度。距离数据和空间角度数据就是光斑在三维空间里的极坐标数据，即获得物体表面一点的位置。收集物体表面大量点的位置即实现三维扫描。投影结构光扫描技术主要根据原理：向物体表面投射动态结构光。已知每个独立的光编码序列相对于投影仪的空间角度。用CCD成像器件捕获动态结构光，等效测得每个独立的光编码序列相对于CCD成像器件的空间角度。获知两种空间角度数据后，通过计算求出每个独立的光编码序列在三维空间里的位置，即物体表面一点的位置。收集物体表面大量点的位置即实现三维扫描。现有测距技术中，有伪随机码测距技术。伪随机码测距技术有很多细节方法，比如帧测距、快捕码、伪码调相等等。这些细节方法的目的是改善测距不确定度和精度。
技术实现思路
1、技术不同点。不论是激光扫描还是投影结构光扫描，主要光学部件包括激光扫描部件或投影部件，和CCD成像器件。这些部件结构复杂。本专利技术主要光学部件包括可调制光源和光敏元件，或者天线，结构非常简单。本专利技术也能采用声波，用超声波发射器和超声波接收器取代光源和光敏元件。现有光学扫描技术不适合光泽表面和半透明表面。本专利技术通过提高信号接收灵敏度来适应光泽表面和半透明表面。为了更快完成物体多个侧面的扫描，通常要增设光学部件。现有光学扫描技术中，单独光学部件造价高昂。本专利技术提供增设的光学部件有光源和光敏元件，或者天线。这些元件成本低。本专利技术应用并扩展伪随机码测距技术，使单纯的测距演变成空间扫描。并且区别于现有基于伪随机码测距的定位技术，区别于利用伪随机码的结构光三维扫描技术。2、名词解释。发射点：空间里的一点，在这个位置放置发射器件。包括LED光源、激光源、电磁波发射天线或超声波发射器。接收点：空间里的一点，在这个位置放置接收器件。包括光敏元件、电磁波接收天线或超声波接收器。目标点：空间里的一点，这个位置可能有物体表面，也可能没有。扫描空间：扫描装置能够探测的空间范围，被扫描的物体应在该范围内。移动扫面装置可扩大扫描空间。接收信号的强度：某个伪随机码信号被检出，该伪随机码信号的强度。发射波特率：发射端改变信号状态的速率。接收采样频率：接收端采集信号的采样频率。允许接收采样频率大于、等于或小于发射波特率。3、技术方法。本专利技术所需重要部件包括LED光源、光敏元件、多路伪随机码信号发生装置、可控信号延时器、信号采样装置、数字信号处理装置。可以用激光源、电磁波发射天线或超声波发射器取代LED光源。可以用电磁波接收天线或超声波接收器取代光敏元件。根据需要选用调制装置和解调装置使伪随机码承载于载波。采用激光源时，应加装散射部件使光束发散。下列项目不分先后顺序。1）在空间里选取发射点。在发射点处布置发射器件。选取发射点数量应多于一个（移动一个发射点事实上构造了多个发射点）。在原理上，需要至少三个或四个发射点。2）在空间里选取接收点。在接收点处布置接收器件。接收点数量可以只有一个，也可以多于一个。3）多路伪随机码信号发生装置产生伪随机码信号。并且将伪随机码信号拆分成片段分配给不同发射器件。根据码分多址特性，同一时间能处理大于一个伪随机码信号且互不干扰。4）在项目3里，伪随机码信号可以是伪随机码序列经过调制装置调制得到的，也可以是未经过调制的伪随机码序列。5）在伪随机码信号片段被发射前的任何环节，赋予每个伪随机码信号片段一定延时。延时是根据对应目标点位置和对应发射点位置得出两点之间的距离，再除以信号传播速度得到的。做出延时的重要目的是：只有目标点位置能得到完整的伪随机码信号而其它位置不能。6）当目标点位置有物体表面时，来自各发射点的信号被反射。反射的信号恰是各片段组装成的完整伪随机码信号。7）接收器件接收信号，信号采样装置实施采样。8）数字信号处理装置分析采样结果。能够检出伪随机码信号代表对应的目标点有物体表面。伪随机码信号的强度对应物体表面的反射率。9）根据可见光的反射率就能获得颜色深度信息。根据三原色光各自的反射率就能获得全彩颜色信息。根据分光光度测量每一波段的反射率就能获得完整的光谱信息。10）搜索扫描空间里的点。被搜索的点分别充当目标点并被判断有无物体表面。最终获得代表物体表面的点云数据。对于需要至少三个或四个发射点的解释：当选取三个发射点时，每个目标点衍生出一对点。这一对点相对于三个发射点所在平面对称。容易人为选择其中一个。当选取四个发射点时，自然消除其中一个点。如果只选用两个发射点，那么每个目标点衍生出一个圆环，这个圆环的圆心在两个发射点所在直线上。如果只选用一个发射点，那么每个目标点衍生出一个球壳，这个球壳的球心就是发射点。很显然，如果只选取一个或两个发射点，那么做不到得出唯一目标点。LED光源或其它发射器件，以及光敏元件或其它接收器件都具有各自的响应时间。这一特性限制了波特率。传播速度除以波特率得到一个码元的空间长度。这个长度关系到扫描精度。为了在确定的响应时间下提高扫描精度，所以要提高接收采样频率，以及利用其它手段。包括利用伪码测距技术中的现有技术提高扫描精度。4、具体实施方法。用LED光源、光敏元件作为发射器件、接收器件。使用可编程信号发生装置完成多路伪随机码信号发生装置和可控信号延时器的功能。伪随机码、伪随机码片段和延时的伪随机码片段都是预先生成，然后在使用时回放。用模数转换模块作为信号采样装置。直接使用现有的数字信号处理装置。直接应用伪随机码测距技术实现本专利技术的非创新点。本专利技术的创新点至少包括：采用三个及三个以上的LED光源，一个或一个以上光敏元件，拆分成片段的伪随机码信号，和根据目标点位置延时发射伪随机码信号片段。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维扫描方法，使用码分多址技术和多天线技术。

【技术特征摘要】
1.一种三维扫描方法，使用码分多址技术和多天线技术。2.根据权利要求1所述的三维扫描方法，使用电磁波、光、放射线或声波。3.根据权利要求1所述的三维扫描方法，把伪随机码信号拆分成片段。4.根据权利要求3所述的伪随机码信号片段，把伪随机码信号片段分配给位置不同的发射器件。5.根据权利要求3所述的伪随机码信号片段，赋予每个伪随机码信号片段可控的延时。6.根据权利要求5所述的延时...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴翔，
申请(专利权)人：吴翔，
类型：发明
国别省市：北京;11