[发明专利]用于确定对象的3D坐标的方法和装置

说明书

本发明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、采掘工业等的各种技术领域中存在众多应用，在这些技术领域中，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Disto^TM。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。

本发明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。

本发明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。

本发明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，将理解本发明的其它优点和特征，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。