[发明专利]三维表面测量的装置和方法

说明书

用于表面的三维测量的系统和方法。在一个实施例中，测量系统包括激光投影仪、第一摄像机和处理器。激光投影仪被配置成将激光投影发射到用于激光三角测量的表面上。第一摄像机被配置成提供表面的图像，并且以相对于激光投影仪的斜角设置。处理器被配置成将摄影测量处理应用于图像，基于摄影测量处理的结果来计算用于激光三角测量的校准，并且基于校准，经激光三角测量，计算由激光投影照射的表面的点的坐标。

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年12月14日提交的，名为“Apparatus and Method forMeasuring Subsea Structures”的美国临时专利申请No.61/737,499的优先权，通过引用将其全部内容合并于此。

背景技术

各种光学方法可以应用于物体的测量和/或建模。摄影测量是从物体的照片抽取测量的技术。例如，可以使用摄影测量来产生地图(例如，航空摄影测量)和/或从照片产生工业设施(近景摄影测量)模型。在摄影测量中，从不同角度拍摄现场的图像并且经光束法平差数学例程，将物体的二维测量转换成三维坐标。摄影测量要求使用靶来关联图像并且限制到可视指示器的测量，诸如点和自然特征(即角、边缘、圆柱)。当提供产生良好相交几何结构和高冗余的不同角度的多个图像时，近景摄影测量能提供良好结果。立体摄影测量允许测量表面上的点，但在精度方面有局限，因为立体传感器仅具有准平行的两个视线。

激光三角测量是可以用于小表面的高密度测量的光学技术。在激光三角测量中，根据预定校准几何结构，投影例如线、点或图案的激光源安装有光学传感器(例如，摄像机)。通过光学传感器，使激光投影成三角形。为提供多次测量，可以在激光前安装旋转镜，允许光学传感器“扫描”具有点的高密度的大表面。

发明内容

在此公开了一种用于三维测量的系统和方法以及表面和物体的建模。在一个实施例中，测量系统包括激光投影仪、第一摄像机和处理器。激光投影仪被配置成将激光投影发射到用于激光三角测量的表面上。第一摄像机被配置成提供表面的图像，并且相对于激光投影仪，以斜角设置。处理器被配置成将摄影测量处理应用于图像，基于摄影测量处理的结果来计算用于激光三角测量的校准，并且基于该校准，计算经激光三角测量，由激光投影照射的表面的点的坐标。

在另一实施例中，用于激光三角测量的方法包括：当第一摄像机沿表面移动时，经第一摄像机，拍摄表面的图像。由与第一摄像机一起沿表面移动的激光源产生的激光投影照射表面。将摄影测量处理应用于图像。基于摄影测量处理的结果，计算用于激光三角测量的校准。经激光三角测量，基于校准，计算由激光投影照射的表面的点的坐标。

在又一实施例中，非瞬时计算机可读介质编码有指令，当指令被执行时，使处理器从自第一摄像机接收到的图像流抽取表面的图像。指令还使处理器将摄影测量处理应用于图像，并且基于摄影测量处理的结果，计算激光三角测量的校准。指令还进一步使处理器经激光三角测量，基于校准，计算由在图像中拍摄的激光投影照射的表面的点的坐标。

附图说明

为示例性实施例的详细描述，现在将参考附图，在附图中：

图1示出了根据在此公开的原理的提供表面测量的装置的示意性表示；

图2示出了根据在此公开的原理的摄影测量体系轴的说明性表示；

图3示出了根据在此公开的原理的激光平面定位的说明性表示；

图4示出了根据在此公开的原理的激光轴定义的说明性表示；

图5示出了根据在此公开的原理的第一摄像机相对于第二摄像机的定位的说明性表示；

图6A-6B示出了根据在此公开的原理的适于水下用途的测量装置的视图；

图7A-7D示出了根据在此公开的原理的适于用在测量装置中的摄像机和激光的视图；