三维扫描仪、三维扫描系统和三维扫描方法

摘要

本申请公开了一种三维扫描仪、三维扫描系统和三维扫描方法。该三维扫描仪包括：图像投影装置，用于分别在每个预设周期向目标对象投射该预设周期对应的预设条纹图案；图像采集装置，用于在目标对象被投射预设条纹图案的情况下，采集经目标对象调制的光线，以获取多个条纹图像，其中，所获取的条纹图像作为编码图以确定各条纹序列，以及作为重建图以对目标对象进行三维重建。通过本申请，解决了相关技术中三维重建方法所需硬件成本较高，不利于三维扫描装置的推广使用的技术问题。

说明书

技术领域

本申请涉及三维扫描领域，具体而言，涉及一种三维扫描仪、三维扫描系统和三维扫描方法。

背景技术

针对口腔内部的三维扫描领域，现有三维扫描仪通常使用如下方式进行三维重建处理：其一、基于时间编码的正弦条纹解相匹配，然后三维重建和拼接融合，获取物体的三维形貌；其二、基于时间编码的条纹中心线提取并三维重建和拼接融合的算法，获取物体的三维形貌；其三、基于显微共焦三维成像原理获取物体的三维形貌。

但是，上述各个方式各有缺陷，并不适合于将口腔内部的三维扫描装置进行推广使用，具体缺陷如下：

首先，基于时间编码的三维重建方法较难实现小体积的手持式扫描，进而导致无法应用于口腔内部的三维扫描领域，此外，基于时间编码的三维重建方法还需要高帧率相机和高速算法支持，进而导致三维扫描设备的生成成本较高，不利于推广使用；

其次，基于显微共焦三维成像原理的进行三维重建时，所需硬件成本较高，同样不利于三维扫描设备的推广使用。

针对相关技术中三维重建方法所需硬件成本较高，不利于三维扫描装置的推广使用的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请提供一种三维扫描仪、三维扫描系统和三维扫描方法，以解决相关技术中三维重建方法所需硬件成本较高，不利于三维扫描装置的推广使用的技术问题。

根据本申请的一个方面，提供了一种三维扫描仪。该三维扫描仪包括：图像投影装置，用于分别在每个预设周期向目标对象投射该预设周期对应的预设条纹图案，其中，每个预设条纹图案的条纹依据预设彩色编码条纹排布设置，每个预设条纹图案包括预设彩色编码条纹的至少一种颜色的条纹，且多个预设条纹图案包括预设彩色编码条纹的至少两种颜色的条纹，且所述预设条纹图案中的条纹与所述预设彩色编码条纹中相同颜色的条纹排布一致；图像采集装置，用于在所述目标对象被投射预设条纹图案的情况下，采集经所述目标对象调制的光线，以获取多个条纹图像，其中，所获取的条纹图像作为编码图以确定各条纹序列，以及作为重建图以对所述目标对象进行三维重建。

可选的，图像投影装置还包括：DLP投影部，其中，所述图像投影装置通过所述DLP投影部在每个预设周期分别向目标对象投射该预设周期对应的预设条纹图案。

可选的，图像投影装置还包括：光线发射部，用于分别在每个预设周期发射该预设周期所对应的初始光线，其中，每种所述初始光线由至少一种条纹颜色的光线组成，所述条纹颜色为所述预设彩色编码条纹中的条纹的颜色；光线透射部，设置于所述初始光线的传输路径上，其中，每种所述初始光线经所述光线透射部上设有的预设彩色编码条纹的图案透射后，均生成各自对应的预设彩色条纹投射至目标对象上。

可选的，所述光线发射部还包括多个光源单元，每个所述光源单元所发射的光线波段各不相同，其中，所述光线发射部通过所述多个光源单元发射所述初始光线。

可选的，所述光线发射部还包括光线聚合单元，所述光线聚合单元设置于所述多个光源单元发射的光线的传输路径上，其中，所述多个光源单元发射的光线经所述光线聚合单元进行聚合处理后，以同一条传输路径投射至所述光线透射部。

可选的，所述光源单元包括以下至少之一：LED光源，激光发射器。

可选的，所述光线透射部还包含衍射光栅，其中，所述光线透射部通过所述衍射光栅生成预设条纹图案，以投射至目标对象上。

可选的，所述三维扫描仪还包括时序控制部，所述时序控制部与所述图像投影装置、所述图像采集装置相连接，用于控制所述图像投影装置分别在每个预设周期发射该预设周期所对应的预设条纹图案，并控制所述图像采集装置分别在多个预设周期中采集经所述目标对象调制的光线，以获取与每种所述预设条纹图案所对应的条纹图像。

可选的，所述三维扫描仪还包括时序控制部，所述时序控制部与所述多个光源单元、所述图像采集装置相连接，用于控制所述多个光源单元分别在不同预设周期发射光线，以在每个预设周期中分别生成该预设周期所对应的初始光线；以及控制所述图像采集装置分别在多个预设周期中采集经所述目标对象调制的光线，以获取与每种所述初始光线所对应的条纹图像。

可选的，所述三维扫描仪还包括照明件，所述照明件用于照射目标对象，其中，所述图像采集装置还用于在所述目标对象被所述照明件投射照明光线的情况下，采集所述目标对象的纹理图。

可选的，所述图像采集装置还包括多个相机，所述多个相机中至少包含一个黑白相机，其中，所述图像采集装置通过所述多个相机对经所述目标对象调制的光线进行采集，得到多个条纹图像，其中，至少一个所述黑白相机所得到的条纹图像作为重建图以对所述目标对象进行三维重建；以及，至少多个黑白相机所得到的条纹图像作为编码图以确定个各条纹序列，和/或，至少一个彩色相机所得到的条纹图像作为编码图以确定个各条纹序列。

可选的，图像采集装置还包括光束处理装置，所述光束处理装置包含进光部和至少两个出光部，其中，各个相机分别对应不同的出光部设置，所述图像采集装置通过光束处理装置以采集经所述目标对象调制的光线。

可选的，所述光束处理装置还包含至少一个第一光束分离单元，所述第一光束分离单元用于对从进光部投射进的光线进行分光处理，以便所述光线分别从所述至少两个出光部投射至所述出光部对应设置的相机。

可选的，所述光束处理装置还包含至少一个第二光束分离单元，所述第二光束分离单元用于对指定相机将获取的光线进行分离处理，以便所述指定相机获取到指定波段的光线，其中，所述指定波段至少包含：至少一初始光线所包含的光线波段。

可选的，所述光束处理装置包括直角两通道分色棱镜，且，所述直角两通道分色棱镜包含第三出光部和第四出光部，其中，所述光束处理装置通过所述直角两通道分色棱镜，实现对从进光部投射进的光线进行分光处理，以便所述光线分别从所述第三出光部和所述第四出光部投射至各自出光部对应设置的相机；所述图像采集装置包括与所述第三出光部对应设置的第三相机，以及与第四出光部对应设置的第四相机，第三相机基于采集到的光线生成第三条纹图像，第四相机基于采集到的光线生成第四条纹图像，第三条纹图像与第四条纹图像中均包括至少两种颜色的条纹且至少两种颜色的条纹可识别；其中，所述光束处理装置通过所述直角两通道分色棱镜，实现对指定相机将获取的光线进行分离处理，以便所述指定相机获取到包含指定波段的光线，其中，所述指定相机获取到包含指定波段的光线包括：所述第三相机获取到第三指定波段的光线，所述第四相机获取到第四指定波段的光线。

可选的，所述光束处理装置包括三通道分色棱镜，且，所述三通道分色棱镜包含第五出光部、第六出光部和第七出光部，其中，所述光束处理装置通过所述三通道分色棱镜，实现对从进光部投射进的光线进行分光处理，以便所述光线分别从所述第五出光部、所述第六出光部和所述第七出光部投射至各自出光部对应设置的相机；所述图像采集装置包括与所述第五出光部对应设置的第五相机、与第六出光部对应设置的第六相机，以及与所述第七出光部对应设置的第七相机，第五相机基于采集到的光线生成第五条纹图像，第六相机基于采集到的光线生成第六条纹图像，第七相机基于采集到的光线生成第七条纹图像，第五条纹图像、第六条纹图像和第七条纹图像中均包括至少两种颜色的条纹且至少两种颜色的条纹可识别；其中，所述光束处理装置通过所述三通道分色棱镜，实现对指定相机将获取的光线进行分离处理，以便所述指定相机获取到包含指定波段的光线，其中，所述指定相机获取到包含指定波段的光线至少包括：所述第五相机获取到第五指定波段的光线、所述第六相机获取到第六指定波段的光线，且所述第五指定波段不同于所述第六指定波段。

可选的，所述光束处理装置包括半反半透棱镜，且所述半反半透棱镜包含第一出光部和第二出光部，其中，所述光束处理装置通过所述半反半透棱镜，实现对从进光部投射进的光线进行分光处理，以便所述光线分别从所述第一出光部和第二出光部投射至各自出光部对应设置的相机；所述图像采集装置包括与所述第一出光部对应设置的第一相机，以及与第二出光部对应设置的第二相机，第一相机基于采集到的光线生成第一条纹图像，第二相机基于采集到的光线生成第二条纹图像，第一条纹图像与第二条纹图像中均包括至少两种颜色的条纹且至少两种颜色的条纹可识别。

可选的，所述光束处理装置还包括滤光片，其中，所述光束处理装置通过所述滤光片对指定相机将获取的光线进行分离处理，以便所述指定相机获取到包含指定波段的光线，且所述多个相机至少有一个相机为指定相机。

可选的，所述三维扫描仪还包括照明件，其中，所述图像采集装置还用于在目标对象被照明件照射的情况下，采集经目标对象反射的照明光，以获取所述目标对象的纹理数据。

可选的，所述图像采集装置可识别确定红光、绿光和蓝光。

根据本申请的一个方面，提供了一种三维扫描系统。该三维扫描系统包括：三维扫描仪，用于分别在每个预设周期向目标对象投射该预设周期对应的预设条纹图案，并在所述目标对象被投射预设条纹图案的情况下，采集经所述目标对象调制的光线，以获取多个条纹图像，其中，每个预设条纹图案的条纹依据预设彩色编码条纹排布设置，每个预设条纹图案包括预设彩色编码条纹的至少一种颜色的条纹，且多个预设条纹图案包括预设彩色编码条纹的至少两种颜色的条纹，且所述预设条纹图案中的条纹与所述预设彩色编码条纹中相同颜色的条纹排布一致；图像处理器，与所述三维扫描仪相连接，用于获取所述三维扫描仪获取的多个条纹图像，并依据所述条纹图像作为编码图以确定各条纹序列，以及作为重建图以对所述目标对象进行三维重建。

可选的，在所述三维扫描仪通过多个相机对经目标对象调制的光线进行采集，以获取多个条纹图像，且所述多个相机中至少包含一个黑白相机的情况下，所述图像处理器还用于：将至少一个所述黑白相机所得到的条纹图像作为重建图以对所述目标对象进行三维重建；将至少多个黑白相机所得到的条纹图像作为编码图以确定个各条纹序列，和/或，将至少一个彩色相机所得到的条纹图像作为编码图以确定个各条纹序列。

根据本申请的一个方面，提供了一种三维扫描方法。该三维扫描方法包括：分别在每个预设周期发射一种该预设周期所对应的初始光线，其中，每种所述初始光线由预设彩色编码条纹中的至少一种颜色的光线组成，且每种所述初始光线经所述光线透射部上设有的预设彩色编码条纹的图案透射后，均生成各自对应的预设彩色条纹投射至目标对象上；在所述多个预设周期内分别采集经所述目标对象调制的光线，并基于上述光线获取多个条纹图像，其中，所获取的条纹图像作为编码图以确定各条纹序列，以及作为重建图以对所述目标对象进行三维重建；基于所述编码图确定所述多个条纹图像中各条纹的序列；基于序列对所述重建图进行三维重建，获取所述目标对象的三维数据。

可选的，所述三维扫描方法还包括：将照明光投射至目标对象上并基于所述照明光获取所述目标对象的纹理数据；基于所述目标对象的三维数据及纹理数据，获取所述目标对象的彩色三维数据。

根据本申请的一个方面，提供了一种三维扫描方法。该三维扫描方法包括：获取第一图像和第二图像，所述第一图像与所述第二图像为基于同一光线透射部获取到的条纹图像；基于所述第一图像确定各条纹的编码序列；基于所述编码序列对所述第二图像的条纹进行条纹匹配，实现三维重建以获取目标对象的三维数据。

可选的，所述三维扫描方法还包括：获取纹理数据，基于所述三维数据及所述纹理数据获取所述目标对象的彩色三维数据。

综上所述，本申请基于空间编码的条纹提取算法，实现了取消动态投影的投影需求，以及仅需少量二维图像即可实现目标对象的三维重建的技术效果，解决了相关技术中三维重建方法所需硬件成本较高，不利于三维扫描装置的推广使用的技术问题。

此外，该三维扫描仪通过将颜色作为空间编码的信息，还提升三维识别准确性。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例提供的一种可选的三维扫描仪的示意图一；

图2是根据本申请实施例提供的一种可选的三维扫描仪的示意图二；

图3是根据本申请实施例提供的一种照明件和反光镜之间的位置关系的示意图；

图4是根据本申请实施例提供的一种光束处理装置中的光束路径的示意图；

图5是根据本申请实施例提供的一种可选的三维扫描仪的示意图三；

图6是根据本申请实施例提供的一种可选的三维扫描仪的示意图四；

图7是根据本申请实施例提供的一种可选的三维扫描系统的示意图；

图8是根据本申请实施例提供的一种可选的三维扫描方法的流程图一。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、图像投影装置；20、图像采集装置；30、照明件；40、反光镜；11、DLP投影部；12、光线发射部；13、光线透射部；14、第一成像镜头；121、光源单元；21、相机；22、光束处理装置；22a、直角两通道分色棱镜；22b、三通道分色棱镜；22c、半反半透棱镜；22d、滤光片；23、第二成像镜头。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。

此外，各个实施例中的“第一”、“第二”等术语独立存在，而不必用于限定相同“第一”、“第二”术语在各个独立实施例中表示为同一事件。应该理解这样使用的数据在使得适当情况下可以任意改变，以便这里描述的本申请的实时例。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本申请的实施例，提供了一种三维扫描仪。

图1是根据本申请实施例的一种三维扫描仪的示意图。如图1所示，该三维扫描仪包括：图像投影装置10和图像采集装置20。

图像投影装置10，用于分别在每个预设周期向目标对象投射该预设周期对应的预设条纹图案，其中，每个预设条纹图案的条纹依据预设彩色编码条纹排布设置，每个预设条纹图案包括预设彩色编码条纹的至少一种颜色的条纹，且多个预设条纹图案包括预设彩色编码条纹的至少两种颜色的条纹，且所述预设条纹图案中的条纹与所述预设彩色编码条纹中相同颜色的条纹排布一致。

需要说明的是：在每个预设周期向目标对象投射该预设周期对应的预设条纹图案可以为：图像投影装置10周期性投射预设条纹图案，图像投影装置10在每个预设周期投射多个预设条纹图案，多个预设条纹图案分时投射。例如，图像投影装置10在第一时段投射第一预设条纹图案，在第二时段投射第二预设条纹图案，图像采集装置20在第一时段采集第一预设条纹图案，在第二时段采集第二预设条纹图案，图像采集装置20重复这一过程直至目标对象扫描完成。

在一个可选的示例中，如图2所示，图像投影装置10还包括：DLP投影部11，其中，所述图像投影装置10通过所述DLP投影部11在每个预设周期分别向目标对象投射该预设周期对应的多个预设条纹图案。

也即，所述图像投影装置10可以通过DLP投影部11实现其功能。

具体的，DLP投影部11分别在每个预设周期向目标对象投射该预设周期对应的多个预设条纹图案，其中，每个预设条纹图案的条纹依据预设彩色编码条纹排布设置，每个预设条纹图案包括预设彩色编码条纹的至少一种颜色的条纹，且多个预设条纹图案包括预设彩色编码条纹的至少两种颜色的条纹，且所述预设条纹图案中的条纹与所述预设彩色编码条纹中相同颜色的条纹排布一致。

在一个可选的示例中，图像投影装置10还包括：光线发射部12，用于分别在每个预设周期发射该预设周期所对应的多个初始光线，其中，每个所述初始光线由至少一种条纹颜色的光线组成，所述条纹颜色为所述预设彩色编码条纹中的条纹的颜色；光线透射部13，设置于所述初始光线的传输路径上，其中，每个所述初始光线经所述光线透射部13上设有的预设彩色编码条纹的图案透射后，均生成各自对应的预设彩色条纹即预设条纹图案投射至目标对象上，所述预设条纹图案中的条纹与所述预设彩色编码条纹中相同颜色的条纹排布一致。

需要说明的是，预设彩色编码条纹为预设的各颜色条纹排布标准，在本申请中，可以通过DLP投影部11直接投射符合预设的各颜色条纹排布标准的预设条纹图案，也可以由光线透射部13作为预设的各颜色条纹排布标准的载体，即光线透射部13确定了预设的各颜色条纹排布标准，初始光线通过光线投射部后生成按预设的各颜色条纹排布标准排布的预设条纹图案。

也即，所述图像投影装置10可以通过光线发射部12和光线透射部13实现其功能。

具体的，三维扫描仪可以通过透射投影的方式，形成不同预设条纹图案以投射至目标对象上，且所生成的每个预设条纹图案的条纹依据光线透射部13上设有的预设彩色编码条纹排布设置，每个预设条纹图案包括预设彩色编码条纹的至少一种颜色的条纹，且多个预设条纹图案包括预设彩色编码条纹的至少两种颜色的条纹，且所述预设条纹图案中的条纹与所述预设彩色编码条纹中相同颜色的条纹排布一致。

可选的，所述光线发射部12还包括多个光源单元121，每个所述光源单元121所发射的光线波段各不相同，其中，所述光线发射部12通过所述多个光源单元121发射所述初始光线，初始光线可以为仅由单个光源单元121发射的单一波段的光线，也可以为由多个光源单元121同步发射的多个波段的光线。

举例说明：如图1所示，光线发射部12包含三个光源单元121，且每个光源单元121所发射的光线波段各不相同，例如：第一光源单元121发射605-700波段的光线，即，红色光线；第二光源单元121发射435-480波段的光线，即，蓝色光线；第三光源单元121发射500-560波段的光线，即，绿色光线。

在预设周期的A时段，第一光源单元121发射605-700波段的光线；在预设周期的B时段，第二光源单元121发射435-480波段的光线；在预设周期的C时段，第一光源单元121发射605-700波段的光线，第二光源单元121发射450-480波段的光线，同时第三光源单元121发射500-560波段的光线。

或，在预设周期的A时段，第一光源单元121发射605-700波段的光线；在预设周期的B时段，第二光源单元121发射450-480波段的光线；在预设周期的C时段，第三光源单元121发射500-560波段的光线。

需要说明的是：上述对第一光源单元121、第二光源单元121和第三光源单元121的设定为示意性举例，并非对光源单元121所能发射的光线波段的具体限定。在上述示意性举例之外，光源单元121所能发射的光线波段可任意选择，本申请对此不作具体限定。

还需要说明的是：上述对预设周期A、预设周期B、预设周期C中所运行的光源单元121的设定为示意性举例，并非对各个预设周期所能发射光线的光源单元121的具体限定。在上述示意性举例之外，在各个预设周期中所能启动的光源单元121可以任意选择，本申请对此不作具体限定。

可选的，光源单元121可以包括以下至少之一：LED光源，激光发射器。

也即，所述光源单元121可以通过激光发射器实现其功能，也可以通过LED光源实现其功能。其中，激光具有定向发光、亮度极高、颜色极纯、相干性好的优点。

具体的，所述光线发射部12还包括多个LED光源，每个所述LED光源所发射的光线波段各不相同，其中，所述光线发射部12通过所述多个LED光源发射所述初始光线。

具体的，所述光线发射部12还包括多个激光发射器，每个所述激光发射器所发射的光线波段各不相同，其中，所述光线发射部12通过所述多个激光发射器发射所述初始光线。

可选的，所述光线发射部12还包括光线聚合单元，所述光线聚合单元设置于所述多个光源单元121发射的光线的传输路径上，其中，所述多个光源单元121发射的光线经所述光线聚合单元进行聚合处理后，以同一条传输路径投射至所述光线透射部13。

也即，初始光线是经所述光线聚合单元进行聚合处理后，以同一条传输路径投射至所述光线透射部13的光线组合，其中，光线聚合单元可以通过半反半透棱镜22c实现其功能。

举例说明：如图1所示，光线发射部12包含三个光源单元121，且每个光源单元121所发射的光线波段各不相同，第一光源单元121和第二光源单元121的光线路径上设有第一半反半透棱镜22c，其中，所述第一半反半透棱镜22c用于将所述第一光源单元121和所述第二光源单元121所发出的光线进行聚合处理，以投射至第二半反半透棱镜22c上；第三光源单元121设置在第二半反半透棱镜22c远离经所述聚合处理的光线的一侧，其中，所述第三光源单元121所发出的光线和经上述聚合处理的光线经由所述第二半反半透棱镜22c的聚合处理，生成以同一传输路径投射至所述光线透射部13的光线组合。

可选的，所述光线透射部13还包含光栅，具体的，所述光线透射部13通过所述光栅生成预设条纹图案，以投射至目标对象上。

具体的，光栅上设有不同区域，且不同区域对应不同的波段，即不同区域可透射不同波段的光线，光栅上的不同区域确定了预设彩色编码条纹，也可以理解为，所述光栅上的各个区域与所述预设彩色编码条纹中的各个条纹的排布一致，且各个区域所对应的波段与排布一致的条纹所对应的条纹颜色相对应。例如，光栅包括供第一波段的光线透射的第一区域和供第二波段的光线透射的第二区域，第一波段的光线经过光栅后形成第一波段的条纹且条纹的排布与第一区域的排布一致，第二波段的光线经过光栅后形成第二波段的条纹且条纹的排布与第二区域的排布一致。

也即，光线发射部12在预设周期的不同时段发射不同初始光线；此时，在某种初始光线投射至光栅上时，各种颜色光线通过各自对应的区域透射，形成预设条纹图案。

需要说明的是：在该光线发射部12通过所述多个激光发射器发射初始光线的情况下，所述光线发射部12还可以包括相位调制单元，其中，该相位调制单元设置于初始光线的传输路径上，以便初始光线通过相位调制单元消除衍射斑之后，投射至光线透射部13。

具体的，相位调制单元可以包含：相位调制元件和光束耦合元件，所述相位调制元件设置于初始光线的传输路径上，且所述相位调制元件绕预定轴线旋转，其中，初始光线的传输路径与所述相位调制元件的预定轴线相平行；所述光束耦合元件设置于初始光线的传输路径上，用于对初始光线进行准直调整，并降低初始光线的发散角。

其中，所述相位调制元件可以为如下任意形式：一透明光学材料薄板、微光学元件或随机位相板；以及，相位调制单元还包括驱动电机，该相位调制元件由驱动电机驱动，以一定的速度绕旋转轴转动；

其中，光束耦合元件可以由一准直系统和一会聚透镜组成，或与其有等效功能的光学系统组成。

其中，相位调制元件可以位于光束耦合元件之前，也可以位于光束耦合元件之后。

需要说明的是：在该光线发射部12通过所述多个光源单元121发射初始光线的情况下，所述光线发射部12还可以包括固体介质元件，其中，所述固体介质元件设置于初始光线的传输路径上，初始光线通过固体介质元件进行多次反射混光后，以光场强度均匀的形式投射至光线透射部13。

具体的，固体介质元件可以为如下任意形式：细长型六面体棱镜、柱体棱镜、椎体棱镜；同时，固体介质元件可以为光线在固体界面围成的空间中进行多次反射的空心棒，也可以为光线在固体透明介质内部进行多次反射的实心棒，其中，实心棒的输入端和输出端面镀增透膜，空心棒在内表面镀增反膜，此外，固体介质元件出射端面与入射端面平行设置。

可选的，所述三维扫描仪还包括时序控制部，所述时序控制部与所述图像投影装置10、所述图像采集装置20相连接，用于控制所述图像投影装置10分别在每个预设周期发射该预设周期所对应的预设条纹图案，并控制所述图像采集装置20分别在多个预设周期中采集经所述目标对象调制的光线，以获取与每种所述预设条纹图案所对应的条纹图像。

也即，三维扫描仪通过时序控制部，控制所述图像投影装置10分别在每个预设周期发射该预设周期所对应的预设条纹图案，以及控制所述图像采集装置20分别在多个预设周期中采集经所述目标对象调制的光线，以获取与每种所述预设条纹图案所对应的条纹图像。

也即，三维扫描仪通过时序控制部，使得图像投影装置10和图像采集装置20的工序相一致。

可选的，所述三维扫描仪还包括时序控制部，所述时序控制部与所述多个光源单元121、所述图像采集装置20相连接，用于控制所述多个光源单元121分别在不同预设周期发射光线，以在每个预设周期中分别生成该预设周期所对应的初始光线；以及控制所述图像采集装置20分别在多个预设周期中采集经所述目标对象调制的光线，以获取与每种所述初始光线所对应的条纹图像。

也即，三维扫描仪通过时序控制部，控制所述多个光源单元121分别在不同预设周期发射光线，以生成各个预设周期所对应的投射至目标对象上的预设条纹图案，以及控制所述图像采集装置20分别在多个预设周期中采集经所述目标对象调制的光线，以获取与每种所述初始光线所对应的条纹图像。

也即，三维扫描仪通过时序控制部，使得多个光源单元121和图像采集装置20的工序相一致。

需要说明的是：上述两种时序控制部可以均为本申请的可选示例，也即，在本申请中三维扫描装置包括：第一时序控制部或第二时序控制部，其中，所述第一时序控制部与所述图像投影装置10、所述图像采集装置20相连接，用于控制所述图像投影装置10分别在每个预设周期发射该预设周期所对应的预设条纹图案，并控制所述图像采集装置20分别在多个预设周期中采集经所述目标对象调制的光线，以获取与每种所述预设条纹图案所对应的条纹图像；所述第二时序控制部与所述多个光源单元121、所述图像采集装置20相连接，用于控制所述多个光源单元121分别在不同预设周期发射光线，以在每个预设周期中分别生成该预设周期所对应的初始光线；以及控制所述图像采集装置20分别在多个预设周期中采集经所述目标对象调制的光线，以获取与每种所述初始光线所对应的条纹图像。

可选的，所述三维扫描仪还包括照明件30，所述三维扫描仪还包括照明件30，其中，所述图像采集装置20还用于在目标对象被照明件30照射的情况下，采集经目标对象反射的照明光，以获取所述目标对象的纹理数据。

进一步的，在三维扫描仪还包括照明件30的情况下，所述图像采集装置20可识别确定红光、蓝光和绿光，以便图像采集装置20在目标对象被所述照明件30投射照明光线的情况下，采集该目标对象的纹理图像，通过纹理图像和三维数据生成与目标对象颜色一致(或，颜色基本一致)的三维模型，也即，实现真彩扫描。

举例说明：上述照明件30可以为发射白光的LED灯，如果图像投影装置10包括DLP投影部11，则通过DLP投影部11投射照明光线即可，即图像投影装置10与照明件30为一体装置。

进一步的，在三维扫描仪还包括照明件30的情况下，所述时序控制部还与所述照明件30相连接，用于控制照明件30投射照明光线至目标对象上，并控制图像采集装置20在所述目标对象被所述照明件30投射照明光线的情况下，采集所述目标对象的纹理图。

进一步的，在三维扫描仪还包括照明件30，且时序控制部还与所述照明件30相连接的情况下，时序控制部用于控制图像投影装置10与照明件30交替投射预设条纹图案和照明光线至目标对象上且时序控制部用于控制图像采集装置20相对图像投影装置10同步采集预设条纹图案，用于控制图像采集装置20相对照明件30同步采集纹理图像；或，时序控制部用于控制多个光源单元121与照明件30交替投射预设条纹图案和照明光线至目标对象上且时序控制部用于控制图像采集装置20相对图像投影装置10同步采集预设条纹图案，用于控制图像采集装置20相对照明件30同步采集纹理图像。

可选的，所述三维扫描仪还包括反光镜40，所述反光镜40用于改变光线的传输路径。

举例说明：所述反光镜40设置于预设条纹图案的传输路径上，具体的，预设条纹图案经反光镜40反射至目标对象上，再经目标对象调制后反射至图像采集装置20；此时，可以减少图像投影装置10和图像采集装置20的安装约束，降低图像投影装置10和图像采集装置20所需要的空间大小。

举例说明：所述反光镜40设置于多个光源单元121所发射的光线的传输路径上，具体的，反光镜40用于改变多个光源单元121所发射的光线的传输路径，以便减少多个光源单元121的安装约束，降低多个光源单元121所需要的空间大小。

可选的，在三维扫描仪还包括照明件30和反光镜40，且反光镜40设置于预设条纹图案的传输路径上的情况下，如图3所示，所述照明件30可以设置于所述反光镜40外周；也可以设置在扫描仪的其他部位，与反光镜40配合设置，通过反光镜40将照明光反射到目标对象，例如，令该照明件30设置于第一成像镜头14的靠近光源单元121的一侧，使其与光源单元121所投射的光线均可通过第一成像镜头14，通过反光镜40反射到目标对象。

举例说明：三维扫描仪包括握持部和设置于握持部前端的入口部，图像投影装置10和图像采集装置20均安装于握持部，反光镜40安装于入口部，照明件30可安装于入口部，也可安装于握持部。

图像采集装置20，用于在所述目标对象被投射预设条纹图案的情况下，采集经所述目标对象调制的光线，以获取多个条纹图像，其中，所获取的条纹图像作为编码图以确定各条纹序列，以及作为重建图以对所述目标对象进行三维重建，生成目标对象的三维数据。

也即，在目标对象被投射预设条纹图案的情况下，目标对象上会映射出被投射的预设条纹图案，而该预设条纹图案会基于目标对象的自身形状发生变形(即调制)，此时，图像采集装置20采集上述发生变形的预设条纹图案，进而获取到条纹图像，其中，条纹图像则用于确定各条纹序列，以及对目标对象进行三维重建。

在一个可选的示例中，所述图像采集装置20还包括多个相机21，所述多个相机21中至少包含一个黑白相机21，其中，所述图像采集装置20通过所述多个相机21对经所述目标对象调制的光线进行采集，得到多个条纹图像，其中，至少一个所述黑白相机21所得到的条纹图像作为重建图以对所述目标对象进行三维重建；以及，至少多个黑白相机21所得到的条纹图像作为编码图以确定个各条纹序列，和/或，至少一个彩色相机21所得到的条纹图像作为编码图以确定个各条纹序列。

也即，所述图像采集装置20通过所述多个相机21对经所述目标对象调制的光线进行采集，得到多个条纹图像，而上述多个相机21中至少包含一个黑白相机21，其中，至少一个所述黑白相机21所得到的条纹图像作为重建图以对所述目标对象进行三维重建。

需要说明的是：黑白相机21的成像分辨率高于彩色相机21，因此，令多个相机21中至少包含一个黑白相机21，并使用黑白相机21所生成的条纹图像进行三维重建，提升了目标对象的三维重建准确性。

具体的，至少一个所述黑白相机21所得到的条纹图像作为重建图以对所述目标对象进行三维重建包括：由一个黑白相机21所得到的条纹图像作为重建图以对所述目标对象进行三维重建；由多个黑白相机21所得到的条纹图像作为重建图以对所述目标对象进行三维重建；由一个黑白相机21和至少一个彩色相机21所得到的条纹图像作为重建图以对所述目标对象进行三维重建；由多个黑白相机21和至少一个彩色相机21所得到的条纹图像作为重建图以对所述目标对象进行三维重建。

具体的，至少多个黑白相机21所得到的条纹图像作为编码图以确定个各条纹序列，和/或，至少一个彩色相机21所得到的条纹图像作为编码图以确定个各条纹序列包括：由多个黑白相机21所得到的条纹图像作为编码图以确定个各条纹序列；由至少一个彩色相机21所得到的条纹图像作为编码图以确定个各条纹序列；由至少一个彩色相机21和至少一个黑白相机21所得到的条纹图像作为编码图以确定个各条纹序列。

也即，作为编码图的至少一个条纹图像中所包含的条纹信息，需要能确定各个条纹的编码序列；即，编码图由能确定各个条纹的编码序列的条纹图像组成。

可选的，所述相机21可以为CDD相机，也可以为CMOS相机。具体的，本申请对相机形式不作具体限定，技术人员可以依据技术需求做相应替换。

需要说明的是：而CCD相机具有体积小、重量轻、不受磁场影响、以及具有抗震动和抗撞击的特性，因此，在三维扫描仪采用2CCD相机获取条纹图像的情况下，该三维扫描仪的体积也能相应减少，使得该三维扫描仪便于手持使用，以及应用于空间较小的待扫描环境(例如：口腔)。

举例说明：通过图像投影装置10，在预设周期的a时段向目标对象投射预先设计好的预设条纹图像A，在预设周期的b时段向目标对象投射预设设计好的预设条纹图像B，并控制图像采集装置20快速采集带有预设条纹图像的目标对象的图像，其中，图像采集装置20中包含的相机21分别采集到不同的条纹图像，例如，相机211为彩色相机21，用于在所述目标对象被投射预设条纹图案A的情况下，获取彩色条纹图像；相机212为黑白相机21，用于在所述目标对象被投射预设条纹图案B的情况下，获取黑白条纹图像。

此时，将彩色条纹图像和黑白条纹图像传输至计算机端，计算机以彩色条纹图像作为编码信息，以黑白条纹图像作为重建图，以获取目标对象的三维形貌。

在一个可选的示例中，图像采集装置20还包括光束处理装置22，所述光束处理装置22包含进光部和至少两个出光部，其中，各个相机21分别对应不同的出光部设置，所述图像采集装置20通过光束处理装置22以采集经所述目标对象调制的光线。

其中，所述图像采集装置20还包括第二成像镜头23，所述第二成像镜头23与所述光束处理装置22的进光部对应设置，其中，所述图像采集装置20所采集的光线通过所述第二成像镜头23射向所述光束处理装置22的进光部，至所述光束处理装置22的不同出光部。

也即，图像采集装置20通过设置光束处理装置22，使得多个相机21可以基于从同一第二成像镜头23射入的同轴光分别进行成像，即，使得多个相机21所分别获取的条纹图案具有一致的视场和角度。具体地，光束处理装置22的进光部设有一第二成像镜头23，光束处理装置22包括多个出光部，出光部分别与相机21一一对应设置，光束处理装置22对入射其中的光线进行方向调整和/或波段分离，使得各相机21可基于同一入射方向的光线分别成像且可基于指定波段的光线进行成像。

举例说明：如图4所示，目标对象的光线通过光束处理装置22的进光部射入；而光束处理装置22将目标对象的影像光线进行分光处理，令该影像光线分别从至少两个出光部射出，以投射至多个相机21；此时，多个相机21所采集到的条纹图像，均是以同一视角获取的条纹图像。

可选的，所述光束处理装置22还包含至少一个第一光束分离单元，所述第一光束分离单元用于对从进光部投射进的光线进行分光处理，以便所述光线分别从所述至少两个出光部投射至所述出光部对应设置的相机21。

也即，光束处理装置22通过第一光束分离单元，将所接收到的光分离成朝向多个方向投射的光。举例说明：一束红蓝光线经第一光束分离单元处理后，形成两束红蓝光线，两束红蓝光线分别朝不同的方向射出。

可选的，所述光束处理装置22还包含至少一个第二光束分离单元，所述第二光束分离单元用于对指定相机21将获取的光线进行分离处理，以便所述指定相机21获取到指定波段的光线，其中，所述指定波段至少包含：至少一初始光线所包含的光线波段。

也即，光束处理装置22可以通过第二光束分离单元，将所接收到的光分离出部分波段的光线。举例说明：一束红蓝光线经第二光束分离单元处理后，形成一束蓝色光线。

需要说明的是：本申请中的所述第一光束分离单元和所述第二光束分离单元可以集成在一个物理单元中，也可以是各个单元单独物理存在。

举例说明：所述第一光束分离单元可以为半反半透棱镜22c；所述第二光束分离单元可以为滤光片22d；所述第一光束分离单元和所述第二光束分离单元可以集成在直角两通道分色棱镜22a中；所述第一光束分离单元和所述第二光束分离单元可以集成在三通道分色棱镜22b中。

举例说明：在预设周期的a时段，图像投影装置10向目标对象投射预先设计好的预设条纹图像A，其中，预设条纹图像A由蓝色条纹和绿色条纹组合而成，以及图像采集装置20中的相机211采集经所述目标对象调制的光线的情况下，相机211所对应的第二光束分离单元对相机211将获取的光线进行分离处理，以便所述相机211能获取到绿色光线和蓝色光线。优选的，所述相机211仅能获取到绿色光线和蓝色光线。

优选的，所述图像采集装置20所包含的多个相机21与多个预设条纹图案一一对应，也即，每个相机21可识别确定的光线颜色与其对应的预设条纹图案所包含的条纹颜色相一致。

可选的，重建图的条纹颜色数量少于预设彩色编码条纹中条纹颜色的数量，这样相邻条纹之间的间距不会过小，解决条纹匹配过程中因间距过小而不能准确匹配的问题。优选的，在重建图仅由一个颜色条纹所组成。优选的，重建图通过黑白相机21获取。优选的，重建图为仅由蓝色光线生成的黑白条纹图像，蓝光较其他颜色的光具有更高的抗干扰性，稳定性更高。

需要说明的是：所述三维扫描仪还可以包括：散热系统、加热防雾系统、软件算法系统等，其中，散热系统用于防止三维扫描仪装置内部过热，导致扫描仪损坏的情况发生；加热防雾系统用于防止三维扫描仪中各个光学仪器发生雾面现象，导致无法获取到精准的条纹图像的情况下发生；软件算法系统用于依据图像采集装置20所获取的至少一个条纹图像，对目标对象进行三维重建。

综上所述，本申请实施例提供的三维扫描仪基于空间编码的条纹提取算法，实现了取消动态投影的投影需求，以及仅需少量二维图像即可实现目标对象的三维重建的技术效果，解决了相关技术中三维重建方法所需硬件成本较高，不利于三维扫描装置的推广使用的技术问题。

此外，该三维扫描仪通过将颜色作为空间编码的信息，还提升三维识别准确性。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例来说明：

实施例一：

以图1为例，所述光束处理装置22包括直角两通道分色棱镜22a，且，所述直角两通道分色棱镜22a包含第三出光部和第四出光部，其中，所述光束处理装置22通过所述直角两通道分色棱镜22a，实现对从进光部投射进的光线进行分光处理，以便所述光线分别从所述第三出光部和所述第四出光部投射至各自出光部对应设置的相机21。

相应的，所述图像采集装置20包括与所述第三出光部对应设置的第三相机21，以及与第四出光部对应设置的第四相机21，第三相机21基于采集到的光线生成第三条纹图像，第四相机21基于采集到的光线生成第四条纹图像，第三条纹图像与第四条纹图像中均包括至少两种颜色的条纹且至少两种颜色的条纹可识别。

需要说明的是：第三条纹图像与第四条纹图像中均包括至少两种颜色的条纹是用于实现在颜色上对两种条纹进行区分处理，而非对颜色的限定。

此外，所述光束处理装置22通过所述直角两通道分色棱镜22a，实现对指定相机21将获取的光线进行分离处理，以便所述指定相机21获取到包含指定波段的光线，其中，所述指定相机21获取到包含指定波段的光线包括：所述第三相机21获取到第三指定波段的光线，所述第四相机21获取到第四指定波段的光线。

下面举例说明：

优选的，第三相机21为黑白相机21，第四相机21为彩色相机21。

光线发射部12在第一时段发射红色光线至光线透射部13上，该红色光线经由光线透射部13上设有的预设图案投射后，生成第一预设条纹图案；该第一预设条纹图案以红色编码条纹的形式投射至目标对象上，光线经目标对象调制后传输至图像处理装置，在本实施例中，直角两通道分色棱镜22a为红、绿蓝分色棱镜，使红色光线从第三出光部射出，使绿色光线和蓝色光线从第四出光部射出；此时，红色编码条纹通过直角两通道分色棱镜22a从第三出光部射出由黑白相机21采集，黑白相机21生成包含红色条纹的第三条纹图像；

光线发射部12在第二时段发射绿色光线和蓝色光线至光线透射部13上，该绿色光线和蓝色光线经由光线透射部13上设有的预设图像透射后，生成第二预设条纹图案；该第二预设条纹图案以绿蓝色编码条纹的形式投射至目标对象上，光线经目标对象调制后传输至图像处理装置；此时，绿蓝色编码条纹通过直角两通道分色棱镜22a从第四出光部射出由彩色相机21采集，彩色相机21生成包含绿色条纹和蓝色条纹的第四条纹图像。

照明件30在第八时段投射照明光至目标对象上，经目标对象发射后传输至图像处理装置，照明光中的蓝色光线和绿色光线由彩色相机21采集生成第四纹理图，红色光线由黑白相机21采集生成第三纹理图，第三纹理图与第四纹理图合成目标对象的纹理图。可见，为了获取目标对象的纹理图，红光、绿光和蓝光均需被彩色相机21采集并识别，或红光、绿光和蓝光均需被彩色相机21和黑白相机21采集并识别，即部分颜色光被彩色相机21采集并识别，部分颜色光被黑白相机21采集并识别。

进一步的，由于第三条纹图像和第四条纹图像均对应同一个光线透射部13，因此，第三条纹图像和第四条纹图像中的各个条纹相对应，具体的，第三条纹图像与第四条纹图像基于同一坐标系组合后其中的条纹与光线透射部13上的预设彩色编码条纹相对应。

具体的，第三条纹图像作为重建图，第四条纹图像作为编码图，其中，第四条纹图像由彩色相机21采集，第四条纹图像中的绿色条纹和蓝色条纹均可识别确定，由此即可确定第四条纹图像中各条纹的编码序列；基于第三条纹图像与第四条纹图像的条纹对应关系，第三条纹图像的各条纹可通过第四条纹的编码序列识别及匹配，实现三维重建。

优选的，黑白相机21仅获取单色光，因此，第三条纹图像也可识别确定，第三条纹图像可与第四条纹图像组合确定各条纹的编码序列，即，第三条纹图像与第四条纹图像均作为编码图。

此外，本实施例可设置滤光片22d，也可不设置滤光片22d，滤光片22d与直角两通道分色棱镜22a配合设置即可。

值得强调的是：在该实施例中，光束处理装置22通过所述直角两通道分色棱镜22a，实现对从进光部投射进的光线进行分光处理，以便所述光线分别从所述第三出光部和所述第四出光部投射至各自出光部对应设置的相机21；也即，光束处理装置22通过直角两通道分色棱镜22a实现了第一光束分离单元所对应的功能。

同理，还值得强调的是：在该实施例中，光束处理装置22还通过所述直角两通道分色棱镜22a，实现对指定相机21将获取的光线进行分离处理，以便所述指定相机21获取到包含指定波段的光线；也即，光束处理装置22通过直角两通道分色棱镜22a实现了第二光束分离单元所对应的功能。

直角两通道分色棱镜22a集成了第一光束分离单元和第二光束分离单元，以实现指定波段的光线从指定方向射出，例如，直角两通道分色棱镜22a为使红绿光线从第三出光部射出、使蓝色光线从第四光部射出，当一包含红绿蓝三色光线的光束通过直角两通道分色棱镜22a，红绿光线与蓝色光线分离，红绿光线通过第三出光部射出，蓝色光线通过第三出光部射出。

实施例二：

以图5为例，所述光束处理装置22包括三通道分色棱镜22b，且，所述三通道分色棱镜22b包含第五出光部、第六出光部和第七出光部，其中，所述光束处理装置22通过所述三通道分色棱镜22b，实现对从进光部投射进的光线进行分光处理，以便所述光线分别从所述第五出光部、所述第六出光部和所述第七出光部投射至各自出光部对应设置的相机21。

相应的，所述图像采集装置20包括与所述第五出光部对应设置的第五相机21、与第六出光部对应设置的第六相机21，以及与所述第七出光部对应设置的第七相机21，第五相机21基于采集到的光线生成第五条纹图像，第六相机21基于采集到的光线生成第六条纹图像，第七相机21基于采集到的光线生成第七条纹图像，第五条纹图像、第六条纹图像和第七条纹图像中均包括至少两种颜色的条纹且至少两种颜色的条纹可识别。

需要说明的是：第五条纹图像、第六条纹图像和第七条纹图像中包括至少两种颜色的条纹是用于实现在颜色上对两种条纹进行区分处理，而非对颜色的限定。

此时，所述光束处理装置22通过所述三通道分色棱镜22b，实现对指定相机21将获取的光线进行分离处理，以便所述指定相机21获取到包含指定波段的光线，其中，所述指定相机21获取到包含指定波段的光线至少包括：所述第五相机21获取到第五指定波段的光线、所述第六相机21获取到第六指定波段的光线，且所述第五指定波段不同于所述第六指定波段。

优选的，第五相机21、第六相机21和第七相机21中至少一者为黑白相机21，具体地，第五相机21为黑白相机21，第六相机21和第七相机21为彩色相机21；或，第五相机21和第六相机21为黑白相机21，第七相机21为彩色相机21；或，第五相机21、第六相机21和第七相机21均为黑白相机21。

下面举例说明：

优选的，第五相机21、第六相机21和第七相机21均为黑白相机21。

光线发射部12在第三时段发射红色光线至光线透射部13上，该红色光线经由光线透射部13上设有的预设彩色编码条纹投射后，生成第三预设条纹图案；该第三预设条纹图案以红色编码条纹的形式投射至目标对象上，光线经目标对象调制后传输至图像处理装置，在本实施例中，光束处理装置为分离红、绿、蓝三色的三通道分色棱镜22b，使红色光线从第五出光部射出，使绿色光线从第六出光部射出，使蓝色光线从第七出光部射出；此时，红色编码条纹经三通道分色棱镜22b分解，通过第五出光部由第五相机21采集，第五相机21生成包含红色条纹的第五条纹图像；

光线发射部12在第四时段发射蓝色光线至光线透射部13上，该蓝色光线经由光线透射部13上设有的预设图像投射后，生成第四预设条纹图案；该第四预设条纹图案以蓝色编码条纹的形式投射至目标对象上，光线经目标对象调制后传输至图像处理装置；此时，蓝色编码条纹三通道分色棱镜22b分解，通过第六出光部由第六相机21采集，第六相机21生成包含蓝色条纹的第六条纹图像。

光线发射部12在第五时段发射绿色光线至光线透射部13上，该绿色光线经由光线透射部13上设有的预设图像投射后，生成第五预设条纹图案；该第五预设条纹图案以绿色编码条纹的形式投射至目标对象上，光线经目标对象调制后传输至图像处理装置；此时，绿色编码条纹经三通道分色棱镜22b分解，通过第七出光部由第七相机21采集，第七相机21生成包含绿色条纹的第七条纹图像。

照明件30在第九时段投射照明光至目标对象上，经目标对象发射后传输至图像处理装置，照明光中的红色光线由第五相机21采集生成第五纹理图，蓝色光线由第六相机21采集生成第六纹理图，绿色光线由第七相机21采集生成第七纹理图，第五纹理图、第六纹理图与第七纹理图合成目标对象的纹理图。可见，为了获取目标对象的纹理图，红光、绿光和蓝光均需被彩色相机21采集并识别，或红光、绿光和蓝光均需被彩色相机21和黑白相机21采集并识别，即部分颜色光被彩色相机21采集并识别，部分颜色光被黑白相机21采集并识别，或红光、绿光和蓝光均需被黑白相机21采集并识别，即每种颜色的光分别由一个黑白相机21独立采集以识别确定。

进一步的，由于第五条纹图像、第六条纹图像和第七条纹图像均对应同一个光线透射部13，因此，第五条纹图像、第六条纹图像和第七条纹图像中的各个条纹相对应，具体的，第五条纹图像、第六条纹图像和第七条纹图像组合后与光线透射部13上的预设图案相对应。

具体的，由第五条纹图像、第六条纹图像和第七条纹图像确定的任意条纹图像组合可作为重建图，由第五条纹图像、第六条纹图像和第七条纹图像确定的任意条纹图像组合可作为编码图。优选的，第五条纹图像、第六条纹图像和第七条纹图像共同作为编码图，以确定各个条纹的编码序列；第五条纹图像、第六条纹图像和第七条纹图像共同作为重建图，以实现三维重建。

此外，本实施例可设置滤光片22d，也可不设置滤光片22d，滤光片22d与三通道分色棱镜22b配合设置即可。

值得强调的是：在该实施例中，光束处理装置22通过所述三通道分色棱镜22b，实现对从进光部投射进的光线进行分光处理，以便所述光线分别从所述第五出光部、所述第六出光部和所述第七出光部投射至各自出光部对应设置的相机21；也即，光束处理装置22通过三通道分色棱镜22b实现了第一光束分离单元所对应的功能。

同理，在该实施例中，光束处理装置22还通过所述三通道分色棱镜22b，实现对指定相机21将获取的光线进行分离处理，以便所述指定相机21获取到包含指定波段的光线；也即，光束处理装置22通过三通道分色棱镜22b实现了第二光束分离单元所对应的功能。

实施例三：

以图6为例，所述光束处理装置22包括半反半透棱镜22c，且所述半反半透棱镜22c包含第一出光部和第二出光部，其中，所述光束处理装置22通过所述半反半透棱镜22c，实现对从进光部投射进的光线进行分光处理，以便所述光线分别从所述第一出光部和第二出光部投射至各自出光部对应设置的相机21；

相应的，所述图像采集装置20包括与所述第一出光部对应设置的第一相机21，以及与第二出光部对应设置的第二相机21，第一相机21基于采集到的光线生成第一条纹图像，第二相机21基于采集到的光线生成第二条纹图像，第一条纹图像与第二条纹图像中均包括至少两种颜色的条纹且至少两种颜色的条纹可识别。

需要说明的是：第一条纹图像与第二条纹图像中均包括至少两种颜色的条纹是用于实现在颜色上对两种条纹进行区分处理，而非对颜色的限定。

此外，在实施例中，所述光束处理装置22还包括滤光片22d，其中，所述光束处理装置22通过所述滤光片22d对指定相机21将获取的光线进行分离处理，以便所述指定相机21获取到包含指定波段的光线，且所述多个相机21至少有一个相机21为指定相机21。

在一个可选的示例中，滤光片22d设置于第一出光部和第一相机21之间，以使第一相机21获取到第一指定波段的光线，和/或，设置于第二出光部和第二相机21之间，以使第二相机21获取到第二指定波段的光线。

下面举例说明：

优选的，第一相机21为黑白相机21，第二相机21为彩色相机21，且黑白相机21与滤光片22d对应设置。

光线发射部12在第六时段发射红色光线至光线透射部13上，该红色光线经由光线透射部13上设有的预设图案(即预设编码条纹)投射后，生成第六预设条纹图案；该第六预设条纹图案以红色编码条纹的形式投射至目标对象上，光线经目标对象调制后传输至图像处理装置；此时，红色编码条纹经半反半透棱镜22c分解，分解成两束红色光线，其中，至少一束光线由黑白相机21所采集，以生成第一条纹图像。

此外，该光线经由黑白相机21所采集之前，由红色滤光片22d进行滤光处理。也即，相机21前所设置的滤光片22d的滤光颜色，与相机21所采集的光束颜色相对应。

光线发射部12在第七时段发射红色光线和蓝色光线至光线透射部13上，该红色光线和蓝色光线经由光线透射部13上设有的预设图像投射后，生成第七预设条纹图案；该第七预设条纹图案以红蓝色编码条纹的形式投射至目标对象上，光线经目标对象调制后传输至图像处理装置；此时，红蓝色编码条纹经半反半透棱镜22c分解，分解成两束红蓝光线，其中，至少一束光线由彩色相机21所采集，以生成第二条纹图像。

照明件30在第十时段投射照明光至目标对象上，经目标对象发射后传输至图像处理装置，照明光中的红色光线、蓝色光线和绿色光线由第二相机21采集生成纹理图。在本实施例中，若在彩色相机21前设置滤光片22d，则为了获取目标对象的纹理图，红光、绿光和蓝光需被彩色相机21和黑白相机21采集并识别，即部分颜色光被彩色相机21采集并识别，部分颜色光被黑白相机21采集并识别。

进一步的，由于第一条纹图像与第二条纹图像均对应同一个光线透射部13，因此，第一条纹图像与第二条纹图像中的各个条纹相对应，具体的，第一条纹图像与第二条纹图像组合后与光线透射部13上的预设图案相对应。

具体的，第一条纹图像作为重建图，第二条纹图像作为编码图，其中，第二条纹图像由彩色相机21采集，第二条纹图像中的红色条纹和蓝色条纹均可识别确定，由此即可确定第二条纹图像中各条纹的编码序列；基于第一条纹图像与第二条纹图像的条纹对应关系，第一条纹图像的各条纹可通过第二条纹图像的编码序列识别及匹配，实现三维重建。

需要说明的是：在黑白相机21前设置滤光片22d进行为一个可选的示例，本申请对是否在相机21前设置滤光片22d并不做具体限定，只需确保各相机21获取的条纹图像中至少有两种颜色的条纹可识别确定。

具体的，黑白相机21前不设置滤光片22d，黑白相机21获取的第一条纹图像包含红色条纹；或，在彩色相机21前设置蓝色滤光片22d，彩色相机21获取的第二条纹图像包含蓝色条纹，由于光线发射部12第六时段发射的红色光线，第七时段发射的红色光线和蓝色光线，为了确保各相机21获取的条纹图像中至少有两种颜色条纹可识别确定，因此彩色相机21前不可设置红色滤光片22d，避免黑白相机21与彩色相机21获取到的条纹图像中仅有红色条纹；或，在彩色相机21前设置双色滤光片22d，彩色相机21获取的第二条纹图像包含红色条纹和蓝色条纹。

需要说明的是，每个周期中各预设条纹图案及照明光的投射时间间隔设置得非常小，以此确保三维扫描仪在这个周期中保持不动或基本保持不动，预设条纹图案和照明光(基本)投射于目标对象的同一区域。

值得强调的是：在该实施例中，光束处理装置22通过所述半反半透棱镜22c对光线进行透射和反射，而实现对从进光部投射进的光线进行分光处理，以便所述光线分别从所述第一出光部和第二出光部投射至各自出光部对应设置的相机21；也即，光束处理装置22通过半反半透棱镜22c实现了第一光束分离单元所对应的功能。

同时，还值得强调的是：在该实施例中，光束处理装置22通过所述滤光片22d对指定相机21将获取的光线进行分离处理，以便所述指定相机21获取到包含指定波段的光线；也即，光束处理装置22通过滤光片22d实现了第二光束分离单元所对应的功能。

需要说明的是：本申请所列举的上述实施例一、实施例二和实施例三均为，使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案的一种举例性示意，在此对本申请并不做具体限定。若其他具体装置可以实现本申请中对光束处理装置22的功能限定描述，同样也可以作为本申请的一种实行的技术方案。

此外，还需要说明的是：本申请所列举的上述实施例一、实施例二和实施例三，均可以相互结合参考，以实现本申请中对光束处理装置22的功能限定描述，例如，在实施例二和实施例三中，在光束处理装置22通过直角两通道分色棱镜22a或三通道分色棱镜22b实现了第二光束分离单元所对应的功能之后，该光束处理装置22仍可以继续通过滤光片22d再次实现了第二光束分离单元所对应的功能。

综上，本方案与现有技术相比，本发明的有益效果在于如下：

1、基于空间编码的条纹提取算法，实现了仅需少量二维图像即可对目标对象进行三维重建的技术目的，达到了降低相机21帧率和算法的运算成本的技术效果；

2、通过利用颜色作为空间编码的信息，使得编码信息易识别，进而达到了提升识别准确性的技术效果；

3、基于本申请的三维扫描仪的技术原理，使得该三维扫描仪可以通过简单的透射投影方式，进行图案投影处理；进一步的，在三维扫描仪通过透射投影方式进行图案投影处理的情况下，极大地降低了硬件成本；

4、在该三维扫描仪使用激光作为光源进行图案投影处理的情况下，可以提升该投影装置(即，光线发射部12和光线透射部13的结合)的亮度和景深，进行实现低成本高亮度高景深的技术效果。

也即，本申请所提供的三维扫描仪具备硬件低成本、实时帧率低要求、光学系统高亮度与大景深、以及设备小型化的优点；进而令该三维扫描仪实现了对口内牙齿和牙龈等具有反光、透射光和扩散光等特性的材质上直接进行带彩色纹理的动态实时三维扫描。

根据本申请的实施例，还提供了一种三维扫描系统。

图7是根据本申请实施例的一种三维扫描系统的示意图。如图7所示，该三维扫描系统包括：三维扫描仪71和图像处理器73。

三维扫描仪71，用于分别在每个预设周期向目标对象投射该预设周期对应的预设条纹图案，并在所述目标对象被投射预设条纹图案的情况下，采集经所述目标对象调制的光线，以获取多个条纹图像，其中，每个预设条纹图案的条纹依据预设彩色编码条纹排布设置，每个预设条纹图案包括预设彩色编码条纹的至少一种颜色的条纹，且多个预设条纹图案包括预设彩色编码条纹的至少两种颜色的条纹，且所述预设条纹图案中的条纹与所述预设彩色编码条纹中相同颜色的条纹排布一致；

图像处理器73，与所述三维扫描仪71相连接，用于获取所述三维扫描仪71获取的多个条纹图像，并依据所述条纹图像作为编码图以确定各条纹序列，以及作为重建图以对所述目标对象进行三维重建；

需要说明的是：该三维扫描仪71为上述实施例所提供的任意一种三维扫描仪。

还需要说明的是：该三维扫描系统基于空间编码的条纹提取算法，实现了令三维扫描仪71可以通过简单的透射投影方式，进行图案投影处理，以及仅需少量二维图像即可实现目标对象的三维重建的技术效果，解决了相关技术中三维重建方法所需硬件成本较高，不利于三维扫描装置的推广使用的技术问题。

此外，该三维扫描系统通过将颜色作为空间编码的信息，还提升三维识别准确性。

在一个可选的示例中，在所述三维扫描仪71通过多个相机21对经目标对象调制的光线进行采集，以获取多个条纹图像，且所述多个相机21中至少包含一个黑白相机21的情况下，所述图像处理器73还用于：将至少一个所述黑白相机21所得到的条纹图像作为重建图以对所述目标对象进行三维重建；将至少多个黑白相机21所得到的条纹图像作为编码图以确定个各条纹序列，和/或，将至少一个彩色相机21所得到的条纹图像作为编码图以确定个各条纹序列。

根据本申请的实施例，还提供了一种三维扫描方法。

需要说明的是：本申请实施例的三维扫描方法应用于本申请实施例所提供的上述三维扫描仪。以下对本申请实施例提供的三维扫描方法进行介绍。

图8是根据本申请实施例的一种三维扫描方法的流程图。如图8所示，该三维扫描方法包括：

步骤S801，分别在每个预设周期发射该预设周期所对应的初始光线，其中，每种所述初始光线由预设彩色编码条纹中的至少一种颜色的光线组成，且每种所述初始光线经所述光线透射部13上设有的预设彩色编码条纹的图案透射后，均生成各自对应的预设彩色条纹投射至目标对象上；

步骤S803，在所述多个预设周期内分别采集经所述目标对象调制的光线，并基于上述光线获取多个条纹图像，其中，所获取的条纹图像作为编码图以确定各条纹序列，以及作为重建图以对所述目标对象进行三维重建；

步骤S805，基于所述编码图确定所述多个条纹图像中各条纹的序列；

步骤S807，基于序列对所述重建图进行三维重建，获取所述目标对象的三维数据。

综上所述，本申请实施例提供的三维扫描方法基于空间编码的条纹提取算法，实现了令三维扫描仪可以通过简单的透射投影方式，进行图案投影处理，以及仅需少量二维图像即可实现目标对象的三维重建的技术效果，解决了相关技术中三维重建方法所需硬件成本较高，不利于三维扫描装置的推广使用的技术问题。

此外，该三维扫描方法通过将颜色作为空间编码的信息，还达到了提升三维识别准确性的技术效果。

在一个可选的示例中，所述三维扫描方法还包括：将照明光投射至目标对象上并基于所述照明光获取所述目标对象的纹理数据；基于所述目标对象的三维数据及纹理数据，获取所述目标对象的彩色三维数据。

可选的，纹理数据可以通过单个相机21获取，也可以通过多个相机21获取的数据合成。

优选的，步骤S803，采集经目标对象调制的光线，并基于该光线获取至少两个条纹图像，其中，至少一个条纹图像通过黑白相机21获取，而黑白相机21获取的条纹图像作为重建图。

具体地，步骤S805，基于编码图确定多个条纹图像中各条纹的序列，基于编码图中各条纹的排列信息及颜色信息确定编码序列，例如，对于按红、绿、绿、红排列的四条条纹，如通过红色(1,0)、绿色(0,1)进行编解码，则其编码序列为(1,0)(0,1)(0,1)(1,0)，又如按红、蓝、蓝、绿、红排列的五条条纹，如通过红色(1,0,0)、绿色(0,1,0)、蓝色(0,0,1)进行编解码，则其编码序列为(1,0,0)、(0,0,1)、(0,0,1)、(0,1,0)；

具体地，步骤S807，基于编码序列对重建图的各条纹进行条纹匹配，对于双目重建，结合本实施例即具有两个图像采集装置20，对两个图像采集装置20的重建图进行条纹匹配，匹配后进行点云的重建，获取目标对象的三维数据，对于单目重建，结合本实施例即具有一个图像采集装置20，对图像采集装置20的重建图及光线透射部13上设有的预设彩色编码条纹进行条纹匹配，匹配后进行点云的重建，获取目标对象的三维数据。

以下通过具体方法进行说明：

在一个可选的示例中，光线发射部12和光线透射部13于第一时段投射红蓝彩色编码条纹至目标对象，经目标对象调制后传输至图像处理装置，红蓝彩色编码条纹的光线经半反半透棱镜22c分离成至少一束红蓝彩色编码条纹的光线，其中一束红蓝彩色编码条纹的光线由彩色相机21采集，彩色相机21生成对应的红蓝彩色编码条纹图像；以及，光线发射部12和光线透射部13于第二时段投射蓝色编码条纹至目标对象，经目标对象调制后传输至图像处理装置，蓝色编码条纹的光线经半反半透棱镜22c分离成至少一束蓝色编码条纹的光线，其中一束蓝色编码条纹的光线通过蓝色滤光片22d由黑白相机21采集，黑白相机21生成对应的蓝色条纹图像。

此外，照明件30于第三时段照射白光至目标对象，经目标对象反射后由彩色相机21采集，彩色相机21生成纹理图，基于红蓝彩色编码条纹图像确定各条纹的编码序列，基于编码序列对蓝色条纹图像的各条纹进行条纹匹配，实现三维重建获取目标对象的三维数据，基于三维数据及纹理图获取目标对象的真彩三维数据。

在一个可选的示例中，光线发射部12和光线透射部13于第一时段投射红绿彩色编码条纹至目标对象，经目标对象调制后传输至图像处理装置，红绿彩色编码条纹的光线经直角两通道分色棱镜22a分解出一束红绿彩色编码条纹的光线，其中，该一束红绿彩色编码条纹的光线由彩色相机21采集，彩色相机21生成对应的红绿彩色编码条纹图像；以及，光线发射部12和光线透射部13于第二时段投射蓝色编码条纹至目标对象，经目标对象调制后传输至图像处理装置，蓝色编码条纹的光线经直角两通道分色棱镜22a分解出一束蓝色编码条纹的光线，其中，该一束蓝色编码条纹的光线由黑白相机21采集，黑白相机21生成对应的蓝色条纹图像。

此外，照明件30于第三时段照射白光至目标对象，经目标对象反射后由彩色相机21和黑白相机21采集，彩色相机21生成基于红光和绿光的纹理图，黑白相机21生成基于蓝光的纹理图，基于红绿彩色编码条纹图像确定各条纹的编码序列，基于编码序列对蓝色条纹图像的各条纹进行条纹匹配，实现三维重建获取目标对象的三维数据，基于彩色相机21的纹理图和黑白相机21的纹理图合成基于白光的纹理图，基于三维数据及白光的纹理图获取目标对象的真彩三维数据。

在一个可选的示例中，光线发射部12和光线透射部13于第一时段投射红色编码条纹至目标对象，经目标对象调制后传输至图像处理装置，红色编码条纹的光线经三通道分色棱镜22b分解出一束红色编码条纹的光线，其中，该一束红色编码条纹的光线由第一黑白相机21采集，第一黑白色相机21生成对应的红色编码条纹图像；光线发射部12和光线透射部13于第二时段投射绿色编码条纹至目标对象，经目标对象调制后传输至图像处理装置，绿色编码条纹的光线经三通道分色棱镜22b分解成出一束绿色编码条纹的光线，其中，该一束绿色编码条纹的光线由第二黑白相机21采集，第二黑白色相机21生成对应的绿色编码条纹图像；以及，光线发射部12和光线透射部13于第三时段投射蓝色编码条纹至目标对象，经目标对象调制后传输至图像处理装置，蓝色编码条纹的光线经三通道分色棱镜22b分解成出一束蓝色编码条纹的光线，其中，该一束蓝色编码条纹的光线由第三黑白相机21采集，第三黑白色相机21生成对应的蓝色编码条纹图像。

此外，照明件30于第四时段照射白光至目标对象，经目标对象反射后由三个黑白相机21采集，第一黑白相机21生成基于红光的纹理图，第二黑白相机21生成基于绿光的纹理图，第三黑白相机21生成基于蓝光的纹理图，基于红色条纹图像、绿色条纹图像和蓝色条纹图像的组合确定各条纹的编码序列，基于编码序列对红色条纹图像、绿色条纹图像和蓝色条纹图像的各条纹进行条纹匹配，实现三维重建获取目标对象的三维数据，基于三个黑白相机21的纹理图合成基于白光的纹理图，基于三维数据及白光的纹理图获取目标对象的真彩三维数据。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本发明实施例提供了一种存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现所述三维扫描方法。

本发明实施例提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行所述三维扫描方法。

还需要说明的是，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、商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、商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，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

以及，在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。