[發明專利]光學三角測量

有效

• 申請號: 200880116159.2
• 申請日: 2008-11-12
• 公開（公告）號: CN101939618A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: M·約翰尼森;H·特貝爾;B·本德瑞斯
• 申請（專利權）人: 西克IVP股份公司
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01S17/48
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 張陽

技術領域

本發明涉及一種確定測量圖像的空時體積中的軌道的延伸的方法。測量圖像的空時體積通過使用包括第一光源和傳感器的測量系統的測量方法來產生。該測量方法包括下述步驟：在測量系統的預定工作條件下，在第一光源照射測量物體的同時相對于測量系統沿第一移動方向移動測量物體，由此傳感器在一組至少兩個后續時刻中的每一時刻產生測量物體的測量圖像，由此產生測量圖像的空時體積，其中，測量物體的特征點映射到空時體積中的軌道。

本發明還涉及一種通過包括第一光源和傳感器的測量系統確定測量物體的特性的方法。

此外，本發明涉及一種適應于執行以上方法中的任何一種方法的計算機程序產品、電子控制單元和/或測量系統。

背景技術

現今，光學方法廣泛用于測量或確定物體的特性，尤其是用于測量物體的三維輪廓。一個優選的光學方法是所謂的光學三角測量方法，其中，待測量的物體相對于包括光源和傳感器的測量系統移動。可選地，物體靜止而測量系統相對于物體移動。另外，光學系統通常位于傳感器和物體之間以用于把從物體反射的光聚焦到傳感器上。光源、物體和傳感器彼此相距一定距離，以便它們中的每一個形成假想三角形的一個角，因此稱為光學三角測量。在一組至少兩個后續時刻中的每一時刻期間，傳感器基于從光源發出并從物體反射的光產生物體的圖像，由此產生一組圖像。每個圖像通常由按照具有行和列的矩陣排列的一組像素組成，其中，每一列通常對應于與物體相對于測量系統移動的方向垂直的方向。隨后，通過分析所述一組圖像中的光強來創建物體的三維圖像。

最初，前述分析限于掃描產生的圖像中的每一圖像以確定光強的峰并基于強度峰的位置(即，每個峰在哪個圖像以及圖像的哪個部分出現)產生物體的三維圖像。然而，可以發現，僅當物體極為平坦并具有一致的反射率時，前述分析才給出物體的正確三維圖像。

由于利用物體極為平坦的假設創建物體的三維圖像的方法看起來相當矛盾，所以已提出了對原始的光學三角測量方法的改進。

本發明所關注的一種改進方法公開于B.Curless和M.Levoy的論文，即“Better?Optical?Triangulation?through?SpacetimeAnalysis”in?IEEE?international?Conference?on?Computer?Vision，pages?987-994，Stanford?University，June，1995。前述論文公開了一種光學三角測量方法，其中，針對一組圖像的每一列產生空時圖像。如前所述，每個圖像具有行維度和列維度；因此，每一列空時圖像具有行維度和時間維度。應該注意的是，如果把所有列的空時圖像組合在一起，則將會獲得具有列維度、行維度和時間維度的空時體積。

B.Curless等人還教導，通過掃描過程可以獲得增強的三維圖像，該掃描過程包括下述步驟：在掃描旋轉的空時圖像中的每一行以確定光強峰之前，把每個空時圖像旋轉預定角度，其中該角度通常表示為空時角度。然后，把行維度和時間維度的峰位置旋轉回至原始坐標。可選地，以上掃描過程可被描述為沿每個空時圖像中的軌道分析光強，所述軌道通常假定為傾斜了所述空時角度的直線。

根據B.Curless等人，以上公開的掃描過程提供了一種比原始方法更強壯的三維圖像產生方法。例如，該掃描過程對物體的反射性質的變化不太敏感。另外，與使用原始方法相比，當使用包括上述掃描過程的光學三角測量方法時，可以更加正確地對物體的尖角和/或端點成像。

B.Curless等人還教導，基于尤其具有傳感器和物體之間的幾何和光學關系并具有物體的運動作為輸入的公式能夠以分析的方式計算空時圖像應該旋轉的所述預定角度。

然而，在導出針對空時角度的上述公式時，需要一些假設：例如，傳感器是正投影的，并且在執行光學三角測量方法期間物體相對于測量系統以恒定的速度移動。

另外，以分析的方式導出的空時角度并不計及次級效應(諸如，次級反射)和/或通常連接到傳感器的光學系統的缺陷。

從上述內容可以認識到，需要改進獲得空時圖像(或者更一般地講，空時體積)中的光強軌道的方法，該方法不基于B.Curless等人的限制性假設，并且/或者該方法用于計及次級效應，并且/或者該方法使得利用獲得的軌道的光學三角測量方法能夠使用物體相對于測量系統的變化的(即，不是恒定的)速度。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種確定圖像的空時體積中的軌道的延伸的方法，其中計及了某些次級效應。