用于确定对象的3D坐标的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种通过基于激光的手持距离测量装置(1)确定对象(2)的3D坐标的方法，该方法包括以下步骤：确定在对象(2)处的对象点(20)；通过EDM(10)测量从基于激光的手持距离测量装置(1)到所确定的对象点(20)的距离(100)；拍摄对象(2)的3D图像(110)，3D图像(110)包括所确定的对象点(20)；识别拍摄的3D图像(110)中的所确定的对象点(20)；以及将测得距离(100)与在3D图像(110)中识别出的对象点(20)建立联系。本发明专利技术还涉及基于激光的手持距离测量装置(1)和用于执行该方法的计算机程序产品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定对象的3D坐标的方法和装置本专利技术涉及用于确定对象的3D坐标的方法和装置。在例如，建筑物建造、内部施工、采掘工业等的各种
中存在众多应用，在这些
中，需要精确地确定对象的三维(3D)位置。对象可以具有任何形状和大小。用于非接触式确定对象的3D坐标的装置的一个具体示例是具有电子测距仪(EDM)的光学测量装置，其中，光源向着对象发射光脉冲并且半导体检测器捕获被对象后向散射的光脉冲。根据发送和捕获的信号之间的相位延迟，测量对象和半导体检测器之间的距离。距离测量的精度达到几毫米。这种EDM是由本申请人供应市场的，产品名称是DistoTM。这种EDM是手持装置，它允许进行精确、快速且可靠的距离测量并且使得能够在现场进行关于对象的高度、斜率、面积和体积的各种计算。本专利技术的目的在于提供一种具备有成本效益、重量轻、容易使用和稳定中的至少一个的改进的光学测量装置。本专利技术涉及一种通过手持光学距离测量装置确定对象的3D坐标的方法。该方法包括：确定对象处的对象点的步骤；测量从手持光学距离测量装置到所确定的对象点的距离；拍摄对象的3D图像，3D图像包括所确定的对象点；识别拍摄的3D图像中的所确定的对象点的步骤；以及将测得距离与在3D图像中识别的对象点建立联系的步骤。和拍摄具有数百万个像素的高图像分辨率的二维(2D)图像的光传感器阵列(PSA)相比，根据飞行时间(TOF)原理操作的TOF相机现在拍摄具有数千个像素的低图像分辨率的3D图像。各3D图像包括深度图像和振幅图像。深度图像包含针对各像素，对象和TOF相机的像素之间的径向测得距离。与2D图像相同，振幅图像包含针对各像素，接收到的信号的亮度。此外，TOF相机具有相对高的信噪(STN)比。因此，只是出于将对象成像的目的，技术人员将抑制使用TOF相机。然而，申请人认识到，TOF相机与EDM的组合得到具有下面有利的技术效果的手持光学测量装置：i)尽管其低图像分辨率，但TOF相机在对象的单个3D图像中拍摄一片(优选地数千个)对象点；非常有可能的是，在不久的将来，这个数量将增加到数百万个对象点，与PSA相机相同；ii)EDM以高精度测量朝单个所确定的对象点的距离；iii)通过在拍摄的3D图像中识别所确定的对象点并且将测得距离与在3D图像中的识别的对象点建立联系，一片对象点被精确地连结在基准位置。本专利技术拍摄具有一片对象点的3D图像并且将这片对象点连结在所确定的对象点的基准位置。不需要存储的模板，不需要用户独立选择合适的模板，不必为了瞬时并且以完全自动地方式得到精确连结的具有优选的数千个对象点的一片对象点而在图像处理的辅助下进行模板适应。购买TOF相机的成本低，其外壳是坚固的，其具有小的整体尺寸并且重量轻。在随后对附图的详细描述中，将理解本专利技术的其它优点和特征，其中：图1示出手持光学测量装置的第一实施方式的一部分的透视图；图2示出手持光学测量装置的第二实施方式的一部分的透视图；图3示出根据图1的手持光学测量装置的第一实施方式的侧视图；图4示出由根据图1或图2的手持光学测量装置确定对象的3D坐标的方法中的步骤的流程图；图5示出由根据相关技术的光学测量装置进行面积和体积计算的第一实施方式的透视图；图6示出由根据图1或图2的手持光学测量装置进行面积和体积计算的第一实施方式的透视图；图7示出在根据图6的面积和体积计算中根据图1或图2的手持光学测量装置的一部分的显示图；图8示出由根据相关技术的手持光学测量装置进行多点距离计算的第二实施方式的透视图；图9示出由根据图1或图2的手持光学测量装置进行多点距离计算的第二实施方式的透视图；以及图10示出在根据图9的多点距离计算中根据图1或图2的手持光学测量装置的一部分的显示图。图1和图2示出包括EDM10和TOF相机11的手持光学测量装置1的两个实施方式。根据图1，手持光学测量装置1包括PSA相机13；根据图2，手持光学测量装置1不包括PSA相机13。在使用期间，光学测量装置1可以被手持或者被安装在三脚架上。手持光学测量装置1的重量在小于100克至数千克的范围内。它的尺寸在小于100立方厘米至数千立方厘米的范围内。手持光学测量装置1用电池组作为电源。它具有针对冲击和掉落提供保护并且防尘防水的保护壳体。根据图1，手持光学测量装置1具有用于对象数据的可视输出的一体化显示单元12。根据图2，手持光学测量装置1具有用于对象数据的可视输出的外部显示单元12'。还可以同时使用手持光学测量装置1的一体化显示单元12和外部显示单元12'。手持光学测量装置1和外部显示单元12'之间的通信可以通过例如通用串行总线(USB)或以太网的有线通信标准进行；这种通信还可以通过例如或WiFiTM的无线通信标准进行。用户可以通过启动手持光学测量装置1的例如按钮或触摸屏的输入装置14来输入指令。EDM10具有：光源，例如激光二极管，其用于向对象2发射光脉冲；和半导体检测器，例如电荷耦合器件(DDC)传感器或互补型金属氧化物半导体(CMOS)传感器，其用于捕获被对象2后向散射的光脉冲。通过将EDM10对准对象2，可以确定对象点20。在图1至图3、图6、图7、图9和图10中，用十字准线指示所确定的对象点20。例如，对准对象2的发射的光脉冲的光束可以是用户可见的，例如从对象2对光脉冲的反射。当然还可能的是，发射的光脉冲的光束是用户不可见的，并且发射的光脉冲的不可见光束在显示单元12、12'上显示，例如通过十字准线。EDM10在0.5米至100米的距离范围内具有1毫米或2毫米的精度。在图1至图3、图6、图7、图9和图10中，用标尺状线指示测得距离100。对于各个测得距离100，EDM100发出数字距离数据信号101。为了指示发射的光脉冲的发射轴10a，EDM可以发出数字光标数据信号102。在图1至图3中，用虚线箭头指示发射轴10a。距离数据信号101和光标数据信号102可以在显示单元12、12'上显示。发射轴10a的默认位置可以是显示单元12、12'的中心。距离数据信号101和光标数据信号102还可以被存储在实体的机器可读存储介质16上。TOF相机11具有光源，例如激光二极管或发光二极管(LED)，其用于对对象2照明。TOF相机11基于TOF原理进行操作。被对象2后向散射的光被例如CCD传感器或CMOS传感器这样的半导体检测器捕获。依赖于到对象2的距离，光被时间延迟，从而导致发送的信号和接收的信号之间的相位差异。它的视场(FOV)相对于中心光轴11a在30°至70°的范围内。TOF相机11以低至10毫秒的取帧器速率来拍摄3D图像110。现在，图像分辨率不限于几千个像素，然而，在未来，这个数量极有可能将增大至数百万个像素。可以通过TOF相机11的坐标系(例如TOF相机11的CCD传感器或CMOS传感器的卡迪尔坐标系)中的具体宽度坐标和具体长度坐标来识别各像素。假设各像素捕获来自一个对象点的后向散射光，结果3D图像110包含至少数千个对象点1100的云。在图3中，用“圆中十字”符号示意性描绘了对象点1100的一部分。各3D图像110包括深度图像和幅度图像。深度图像包含对于各像素测得的对象2和TOF相机11的像素之间的径向距离。在0.5米至60米的距离范围内，测得的径向距离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过基于激光的手持距离测量装置(1)确定对象(2)的3D坐标的方法，所述方法包括：·确定该对象(2)处的对象点(20)；·通过EDM(10)测量从该基于激光的手持距离测量装置(1)到所确定的所述对象点(20)的距离(100)；·拍摄所述对象(2)的3D图像(110)，所述3D图像(110)包括所确定的所述对象点(20)；·识别所拍摄的3D图像(110)中的所确定的所述对象点(20)；以及·将测得距离(100)与在所述3D图像(110)中识别出的所述对象点(20)建立联系。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.06 EP 11192217.51.一种通过基于激光的手持距离测量装置(1)确定对象(2)的3D坐标的方法，所述方法包括：·确定该对象(2)处的对象点(20)；·通过EDM(10)测量从该基于激光的手持距离测量装置(1)到所确定的所述对象点(20)的距离(100)；·拍摄所述对象(2)的3D图像(110)，所述3D图像(110)包括所确定的所述对象点(20)；·识别所拍摄的所述3D图像(110)中的所确定的所述对象点(20)；·将由所述EDM(10)测量的测得距离(100)与在所述3D图像(110)中识别出的所述对象点(20)建立联系；以及·确定所述3D图像(110)中的其它对象点(21、21'、21”、21”'、21””)中的至少一个，基于所述3D图像(110)的深度图像的至少一个径向测得距离和由所述EDM(10)测量的所述测得距离(100)计算所述其它对象点(21、21'、21”、21”'、21””)的至少一个3D坐标数据。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，·所述EDM(10)沿着发射轴(10a)对准所确定的所述对象点(20)；·TOF相机(11)拍摄具有所确定的所述对象点(20)的所述3D图像(110)；·所述EDM(10)的所述发射轴(10a)与所述TOF相机(11)的光轴(11a)形成固定几何关系；以及·能够在所述TOF相机(11)的坐标系中相对于所述TOF相机(11)的所述光轴(11a)识别所确定的所述对象点(20)。3.根据权利要求1或2中的一项所述的方法，其特征在于，·拍摄所述对象(2)的2D图像(130)，所述2D图像(130)包括所确定的所述对象点(20)；·在所拍摄的所述2D图像(130)中确定所确定的所述对象点(20)；以及·将由所述EDM(10)测量的所述测得距离(100)与在所述2D图像(130)中识别出的所述对象点(20)建立联系。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，·所述EDM(10)沿着发射轴(10a)对准所确定的所述对象点(20)；·PSA相机(13)拍摄具有所确定的所述对象点(20)的所述2D图像(130)；·所述EDM(10)的所述发射轴(10a)与所述PSA相机(13)的光轴(13a)形成固定几何关系；以及·能够在所述PSA相机(13)的坐标系中相对于所述PSA相机(13)的所述光轴(13a)识别所确定的所述对象点(20)。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，·将所确定的所述对象点(20)的拍摄的所述3D图像(110)和所确定的所述对象点(20)的拍摄的所述2D图像(130)叠置；以及·显示所确定的所述对象点(20)的叠置图像。6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，·所述EDM(10)沿着发射轴(10a)对准所确定的所述对象点(20)并且发出指示所述EDM(10)的所述发射轴(10a)的光标数据信号(102)；·TOF相机(11)拍摄具有所确定的所述对象点(20)的3D图像(110)并且针对拍摄的所述3D图像(110)发出3D数据信号(111)；或者·PSA相机(11)拍摄具有所确定的所述对象点(20)的2D图像(130)并且针对拍摄的所述2D图像(130)发出2D数据信号(131)；以及·将所述光标数据信号(102)的位置与所述3D数据信号(111)或所述2D数据信号(131)建立联系。7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，识别几何元素(1111、1111')。8....

【专利技术属性】
技术研发人员：波·佩特尔松，克努特·西尔克斯，E·沃伊特，J·辛德林，贝内迪克特·泽布霍塞尔，克劳斯·施奈德，
申请(专利权)人：赫克斯冈技术中心，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH