[发明专利]具有运动补偿的激光投影系统及方法

说明书

本发明公开了一种具有运动补偿的激光投影系统及方法。一种把激光图像图案精确地投影在工作表面上并且连续地补偿激光器与工作表面之间的相对动态移动的方法，其包括：通过在摄影机图像中定位各个目标而确立摄影机在三维中相对于工作表面的位置；利用激光器相对于摄影机的固定位置而确立激光器相对于工作表面的位置；以及响应于由摄影机确定的激光投影仪相对于工作表面的动态移动，利用计算机连续地调节激光投影仪反射镜的旋转。在一个实施例中，计算机连续地跟踪激光投影仪相对于工作表面的至少两个先前位置并且预测激光器的下一个位置，从而补偿激光器相对于工作表面的移动。

相关申请

本申请要求2013年1月28日提交的临时专利申请序列号61/757,412的优先权。

技术领域

本申请涉及一种把激光图像精确地投影在目标或工作表面上并且连续地补偿激光投影仪与目标的表面之间的相对动态移动的方法。

背景技术

当前，激光投影仪被利用来在工作表面上组件各个部件，比如组件桁架(truss)的各个部件，正如在本发明人的美国专利号5,646,859中所公开的那样。至少四个目标(其通常是反光目标)相对于工作表面被固定，并且激光投影仪周期性地扫描各个目标以便校准工作表面与激光投影仪之间的相对位置。这在当前是通过测量相对于工具的坐标系的目标坐标并且随后利用后方交会(resection)处理(即计算去到目标的已知激光射线在该处经过已知3-D目标坐标的投影仪位置)定位投影仪相对于工具的位置而实现的。一旦确立了激光投影仪的相对位置，就可以计算激光投影仪扫描反射镜的所需偏转角度，以便描记激光点经过工具或工作表面的已知三维轮廓上的所期望的模板图案。模板图案被投影为一系列矢量移动，其中激光顺序地描记经过所述图案的各项特征。如果描记经过图案特征的操作以足够高的频率发生，则可以在没有可见的闪烁伪像的情况下显示所述图案。

通过在目标的表面上的格栅图案中扫描激光点来确立反光校准目标的精确位置。通过定位四个或更多目标的位置允许校准相对投影仪位置。在传统的处理中，主计算机计算投影仪位置和所需的扫描矢量反射镜移动以便描记经过所定义的3-D模板图案，并且随后把所得到的两个轴扫描反射镜的移动的矢量显示列表传送到连续地回描所期望的扫描序列的投影仪中的内嵌计算机。周期性地停止扫描序列并且定位目标，以便检查由于投影仪相对于目标或工具表面的位置的改变而导致的投影图案位置的变化，或者补偿其他因素，比如由于环境中的温度变化而导致的漂移。如果检测到变化，则重新定位各个目标，计算新的扫描序列并且将其传送到投影仪。

但是必须顺序地施行利用投影仪扫描目标位置的操作，并且每秒最多可以扫描很少几个目标。其结果是只能间歇性地施行针对投影漂移的测试，并且对于投影仪图案的校正导致所投影图案中的明显的中断。虽然这种传统的方法可以有效地补偿缓慢改变的环境条件或者间歇性发生的情况(比如刻意重新定位目标或工具表面)，但是其无法校正更加动态的改变，比如随着装料吊车移动或者响应于阵风或打开进料台的门导致的气压改变发生的建筑物移动而导致的天花板安装的激光投影仪的振动。

现有技术确实包括提出利用摄影机来采集系统相对于目标的表面的姿态，从而补偿投影仪相对于目标表面的移动。利用摄影机来跟踪投影仪具有两个重要优点，即(i)现今的摄影机可以在高速下操作从而每秒数百次定位目标，以及(ii)目标检测与投影无关并且不会与所投影图像的动态运动发生干扰。但是一般来说，在现有技术中公开的投影仪是视频投影仪(即在例如每秒30或60帧的固定刷新速率下显示光栅图像)。与此相对，本发明的方法对通过扫描激光产生的动态显示的矢量图像进行校正。虽然整个激光图案可能仅仅更加缓慢地被刷新(例如每秒40次)，但是所描记的单独各点则被每秒更新超过10000次，正如后面进一步描述的那样。在Keitler等人的已公布PCT申请WO 201213645中公开了一种例外，该申请声明其所公开的动态跟踪方法可以被用于视频或激光投影仪；但是其所公开的方法依赖于特别对于激光投影仪来说在商业上尚未被证明是可行的独特地配置的目标。

发明内容