用于在物体表面上进行非接触坐标测量的方法和勘测系统技术方案

本发明专利技术涉及用于在物体坐标系中在待测物体的物体表面上进行非接触坐标测量的方法和勘测系统。通过３Ｄ图像记录单元，在第一位置和第一取向下电子记录物体表面的第一区域部分的第一三维图像，该第一三维图像包括多个第一像素，所述第一像素分别与一项深度信息相关联。使所述３Ｄ图像记录单元在图像坐标系中的第一３Ｄ图像坐标与所述第一像素相关联。通过结合到所述物体坐标系的测量设备确定所述３Ｄ图像记录单元在所述物体坐标系中的第一位置和第一取向。通过已知的所述第一３Ｄ图像坐标和所述３Ｄ图像记录单元的所述第一位置和第一取向，而使所述物体坐标系中的第一３Ｄ物体坐标与所述第一像素相关联。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及根据权利要求1和13前序部分的用于在物体坐标系统中 在待测物体的物体表面上进行非接触坐标测量的方法和勘测系统。
技术介绍
为了近距离地在物体表面上进行非接触式摄影测绘坐标测量，通过 将图像数据转换到物体坐标系统内而从各角度再现物体的图像获得物体 的尺寸。为了该目的，在数据处理单元中处理图像数据。坐标计算的基 础是确定所涉及图像的照相机取向。如从现有技术所知的那样，可通过单个照相机在不同时间从不同角 度记录物体表面的那些待勘测区域部分，然后分别通过图像处理系统处 理二维图像数据，以给出所谓的三维图像。分别使深度信息与三维图像 的像素相关联，从而由照相机及其角度确定的图像坐标系统中的3D图像 坐标与待考查的每一个像素、特别是所有像素相关联。现有技术中公开了用于从由不同角度显示相同景像的多个2维图像产生这样的3维图像 的不同图像处理方法。如从现有技术同样已知的，还可在多个照相机的辅助下实现基本上 同时的记录，以取代通过一个照相机在不同时刻从不同角度记录区域部 分。这具有这样的优点由于照相机可具有彼此固定的相对取向和距离， 因此无需移动照相机就可进行区域部分三维确定，并且无需确定各照相 机取向。现有技术公开了不同的3D图像记录装置，所述记录装置基本上包括 两个或三个照相机，所述照相机以具有立体基础(stereoscopic basis)的 方式间隔开一定距离地放置在共用壳体中，用于分别从不同但相对固定 的角度记录景像。由于记录的区域部分不可避免地具有允许图像电子处理的典型图像特征，因此可对区域部分施加标记。这些标记可通过从3D 图像记录单元投射到区域部分的结构光束，具体为激光光束产生，所述 3D图像记录单元例如投射光学屏幕(screen)或光学标记十字。通常， 这样的3D图像记录单元还包括图像处理装置，其从基本上同时记录的多 个来自不同角度的图像获得三维图像。这样的3D图像记录单元为例如"CogniTens"的图像记录系统(其商 品名称为"Optigo"和"OptiCell"，并且包括三个以等边三角形布置的照相 机)和"ActiCM"的"Advent"系统(其具有两个并排布置的高分辨率CCD 照相机和用于将结构光投射到待记录部分上的投影仪)。记录的待测图像元素坐标的确定通常通过图像中的参照标记确定， 从所述参照标记进行实际的3D坐标测量。这里，与记录的三维图像相关 并且因此基于3D图像记录单元的图像坐标系被变换到待测物体存在于 其中并且基于例如物体的CAD模型的物体坐标系中。变换根据记录的标 记进行，所述标记在物体坐标系中的位置已知。这里，通过从现有技术 已知的3D图像记录单元实现了小于0.5毫米的精度。还已知一种3D扫描系统，特别是呈3D激光扫描仪形式的3D扫描 系统，其在一区段内进行深度扫描，并且产生点云(point cloud)。这里， 应对其中激光束逐行扫描区域的串行系统、其中扫描线在区域上方成扇 形散开的并行系统和所谓的同时扫描扇形中多个点并且因而进行扇形深 度记录的RIM或距离成像系统的完全并行系统之间进行区分。通常所有 这些系统的相同点是，深度扫描是通过至少一个特别是在区域上方移动 的测距激光束实现的。具体地，这样的串行系统被广泛使用并且可以以 商品名称"Leica HDS 6000"、 "Leica ScanStation 2"、 "Trimble GX 3D Scanner" 、 "Zoller + Frahlich IMAGER 5003"和"Zoller + Fr6hlicn IMAGER 5006"购买得到。每一个3D图像记录单元的一个问题是，其中可以以所需分辨率进行 图像记录的记录区域受设计限制。在对较大物体进行三维确定的情况下， 因此不可避免地要对来自3D图像记录单元的不同位置和取向的一些个 三维记录进行标记。该多个较小的图像记录随后在记录区段内的标记的帮助下通过重叠图像区域的匹配而组合起来，以给出较大的整体三维图 像。现有技术中公开了用于实现该目的的不同方法。这些方法的共同问题是，待组合起来以形成较大图像的各个三维图像必需具有重叠区。3D 图像记录单元从具有至少一个参照点的第一区域部分到距离所述第一区 域部分一定距离并且不包括参照点的第二区域部分的离散位置变化通过 图像处理系统不可能实现，除非记录了联系所述两个区域部分的其它图 像。因此需要进行多个中间图像记录，以在光学上联系以一定距离间隔 开的两个待测区域部分，并允许相衔接的图像处理。通过记录无直接测 量内容的多个三维图像，整个测量方法减慢，并且耗费了内存和计算资 源。而且，尤其是在参照点相距较远的情况下，图像记录内的不可避免 地具有小测量误差的坐标测量在组合多个图像时对测量精度有很大的影 响。而且，从现有技术还已知，其中3D图像记录单元由工业机器人头部 或门式(portal)坐标测量仪支撑并可调节的测量系统和方法。由于高质 量和高分辨率3D图像记录单元的重量较大，其在一些情况下大于10千 克，因此不可能以与图像记录精度匹配的所需精度精确地确定3D图像记 录单元的位置，因为这将需要这样一种稳定结构的处理系统，即，3D图 像记录单元的使用领域应被限制为静止系统。例如，汽车车体内部中的 使用将因此会很复杂或根本不可能。由于它们较低的测量精度(所述精 度明显低于精确的3D图像记录单元的精度)，因此工业机器人不适于外 部定位(referencing)。而且，门式坐标测量仪并非设计成用来支撑重的 载荷，并且在高的机械载荷下，不能给出可用于定位的测量结果。由于 该原因，由处理系统传送并且可提供关于3D图像记录单元的绝对和/或 相对位置信息的任何测量得到的位置值不能用于定位图像记录，特别是 不同的、非衔接(non-cohesive)的区域部分的多个三维图像记录进行定 位。
技术实现思路
因此本专利技术的目的是提供一种方法和设备，其允许在物体坐标系中在待测物体的物体表面上进行非接触、精确和快速的坐标测量，而无需 不可避免地使用待确定的多个参照标记。该目的通过实施独立权利要求的特征来实现。在从属专利权利要求 中描述了以可替代或有利方式对本专利技术进一步改进的特征。根据本专利技术的方法通过使用本身已知的用于对物体表面的一区域部分的三维图像进行电子记录的3D图像记录单元进行。该3D图像记录单 元为单个装置，包括以下用于记录三维图像的具体元件——特别是照相 机、透镜、电子组件和/或测距计。具体地，所有这些元件容纳在3D图 像记录单元的单个壳体中。三维图像包括多个像素，所述第一像素分别 与一项深度信息相关联。特别是从所使用的光学记录元件(例如CCD图 像传感器)的垂直和水平分辨率产生所述像素。从现有技术可知这样的 3D图像记录单元，其例如呈以"Optigo"和"OptiCell"的品牌名称出售并且 包括在单个壳体中以等边三角形布置的三个照相机的"CogniTens"图像记 录系统的形式，以及呈具有两个并排布置的高分辨率CCD照相机和用于 将结构光投射到待记录部分上的"ActiCM，，的"Advent"系统的形式。因此， 这里将不进行更确切的描述。优选地，这些照相机彼此固定结合在3D图像记录单元的单个壳体 内，所述照相机具有彼此间固定的相对光学取本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在物体坐标系（Ｏ）中对于待测物体（１）的物体表面（２）进行非接触坐标测量的方法，其中　通过处在第一位置（ｘ↓［１］，ｙ↓［１］，ｚ↓［１］）和第一取向（φ↓［１］，ω↓［１］，κ↓［１］）下的３Ｄ图像记录单元（３）电子记录所述物体表面（２）的第一区域部分（Ｓ↓［１］）的第一三维图像（Ｐ↓［１］），　所述第一三维图像（Ｐ↓［１］）包括多个第一像素（ｉ↓［１］），所述第一像素分别与一项深度信息相关联，　所述３Ｄ图像记录单元（３）为特别是在所述图像记录单元（３）的单个壳体内的单个装置，该装置包括用于记录所述第一三维图像（Ｐ↓［１］）的元件，　使所述３Ｄ图像记录单元（３）在图像坐标系（Ｂ）中的第一３Ｄ图像坐标（ｕ↓［１ｉ］，ｖ↓［１ｉ］，ｗ↓［１ｉ］）与所述第一像素（ｉ↓［１］）相关联，　通过结合到所述物体坐标系（Ｏ）的测量设备（４ａ，４ｂ）确定所述３Ｄ图像记录单元（３）在所述物体坐标系（Ｏ）中的第一位置（ｘ↓［１］，ｙ↓［１］，ｚ↓［１］）和第一取向（φ↓［１］，ω↓［１］，κ↓［１］），　通过已知的所述第一３Ｄ图像坐标（ｕ↓［１ｉ］，ｖ↓［１ｉ］，ｗ↓［１ｉ］）和所述３Ｄ图像记录单元（３）的所述第一位置（ｘ↓［１］，ｙ↓［１］，ｚ↓［１］）和第一取向（φ↓［１］，ω↓［１］，κ↓［１］），而使所述物体坐标系（Ｏ）中的所述第一３Ｄ物体坐标（ｘ↓［１ｉ］，ｙ↓［１ｉ］，ｚ↓［１ｉ］）与所述第一像素（ｉ↓［１］）相关联，　使所述３Ｄ图像记录单元（３）从所述第一位置（ｘ↓［１］，ｙ↓［１］，ｚ↓［１］）和第一取向（φ↓［１］，ω↓［１］，κ↓［１］）转到至少一个另一位置（ｘ↓［２］，ｙ↓［２］，ｚ↓［２］）和另一取向（φ↓［２］，ω↓［２］，κ↓［２］）中，　通过处于所述另一位置（ｘ↓［２］，ｙ↓［２］，ｚ↓［２］）和另一取向（φ↓［２］，ω↓［２］，κ↓［２］）下的所述３Ｄ图像记录单元（３）电子记录所述物体表面（２）的至少一个另一区域部分（Ｓ↓［２］）的至少一个另一三维图像（Ｐ↓［２］），　通过所述测量设备（４ａ，４ｂ）在所述物体坐标系（Ｏ）中确定所述３Ｄ图像记录单元（３）的所述另一位置（ｘ↓［２］，ｙ↓［２］，ｚ↓［２］）和另一取向（φ↓［２］，ω↓［２］，κ↓［２］），以及　通过已知的所述另一三维图像（Ｐ↓［２］）的所述另一３Ｄ图像坐标（ｕ↓［２ｉ］，ｖ↓［２ｉ］，ｗ↓［２ｉ］）和所述３Ｄ图像记录单元（３）的...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：波佩特尔松，克努特西尔克斯，贝内迪克特泽布霍塞尔，
申请(专利权)人：莱卡地球系统公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]