[发明专利]三维坐标扫描仪和操作方法

说明书

技术领域

本文所公开的主题涉及三维坐标扫描仪，并且更特别地涉及具有多个数据获取模式的三角测量型扫描仪。

背景技术

已知对对象或环境的三维坐标的获取。可以使用各种技术，例如诸如飞行时间或三角测量方法。诸如激光跟踪仪、全站仪或飞行时间扫描仪的飞行时间系统可以将诸如激光光束的光束朝向对象的表面上的回射器目标或点引导。绝对距离测量仪用于基于光行进至目标或点并且返回所花费的时间长度来确定到目标或点的距离。通过将激光光束或目标在对象的表面上移动，可以确定对象的坐标。飞行时间系统的优势在于具有相对高的精度，但是，在一些情况下，因为飞行时间系统通常必须分别地测量表面上的每个点，所以飞行时间系统与一些其他系统相比会较慢。

相比之下，使用三角测量来测量三维坐标的扫描仪将以线状的光图案(例如，来自激光线型探针的激光线)投射到表面上，或者将覆盖一定区域的光的图案(例如，结构化的光)投射到表面上。例如通过将摄像装置和投影仪附接至共用的支架，而将摄像装置以固定的关系耦接至投影仪。从投影仪发射的光从表面反射并且被摄像装置检测到。由于摄像装置和投影仪以固定关系被布置，因此可以使用三角原理来确定到对象的距离。与使用接触式探针的坐标测量装置相比，三角测量系统在大片区域上快速地获取坐标数据方面提供优势。如本文所使用的，由三角测量系统提供的三维坐标值的所得的集合被称为点云数据或简单地被称为点云。

当使用激光扫描仪时，许多问题会妨碍对高精度的点云数据的获取。例如，这些问题包括但是不限于：由于对象表面的反射率的变化或表面相对于投射光的入射角的变化而引起的在摄像装置像面上接收到的光的水平的变化；边缘(诸如孔的边缘)附近的低分辨率；以及多径干扰。在一些情况下，操作者可能未意识到问题或不能消除问题。在这些情况下，结果是丢失点云数据或者错误的点云数据。

因此，虽然现有的扫描仪适合用于其意图的目的，但是仍然需要改善，特别是在提供可以适应于不利状况并且提供改善的数据点获取的扫描仪方面仍然需要改善。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种非接触式光学三维测量装置。该非接触式光学三维包括：组件，该组件包括投影仪、第一摄像装置以及第二摄像装置，其中，投影仪、第一摄像装置以及第二摄像装置被关于彼此固定，在投影仪与第一摄像装置之间存在第一距离并且在投影仪与第二摄像装置之间存在第二距离，投影仪具有光源，投影仪被配置成将具有多个空间上变化的图案中的任一图案的第一光发射至对象的表面上，第一摄像装置具有第一透镜和第一光敏阵列，第一摄像装置被配置成接收从表面反射的第一光的第一部分并且作为响应产生第一数字信号，第一摄像装置具有第一视场，该第一视场是第一摄像装置的第一角观看区域，第二摄像装置具有第二透镜和第二光敏阵列，第二摄像装置被配置成接收从表面反射的第一光的第二部分并且作为响应产生第二数字信号，第二摄像装置具有第二视场，该第二视场是第二摄像装置的第二角观看区域，第二视场不同于第一视场；处理器，该处理器电耦接至投影仪、第一摄像装置以及第二摄像装置；以及计算机可读介质，该计算机可读介质在被处理器执行时使第一数字信号在第一时间处被采集并且使第二数字信号在不同于第一时间的第二时间处被采集，并且至少部分地基于第一数字信号和第一距离来确定表面上的第一点的三维坐标，并且至少部分地基于第二数字信号和第二距离来确定表面上的第二点的三维坐标。