[發(fā)明專利]利用動(dòng)態(tài)脈沖寬度調(diào)節(jié)的測(cè)距方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380032259.8
• 申請(qǐng)日: 2013-06-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104412120A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J·辛格
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 赫克斯岡技術(shù)中心
• 主分類號(hào): G01S7/497
• 分類號(hào): G01S7/497;G01C15/00
• 代理公司: 北京三友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 呂俊剛;劉久亮

本發(fā)明總體上涉及一種用于測(cè)量至物體的距離的方法以及一種用于測(cè)量至物體的距離的電子測(cè)距儀。

對(duì)真實(shí)世界的物體的數(shù)據(jù)采集和隨后的計(jì)算機(jī)模型生成是在許多行業(yè)中具有利益，并且用于包括建筑、廠房設(shè)計(jì)、測(cè)量、制造質(zhì)量控制、醫(yī)療成像與建設(shè)以及制圖與地理應(yīng)用的許多應(yīng)用。為了獲得物體的精確坐標(biāo)或三維(3D)模型以及該物體在真實(shí)世界中所存在的區(qū)域，有必要進(jìn)行精確測(cè)量或?qū)?gòu)成物體的表面及周邊區(qū)域的元素進(jìn)行采樣。從歷史上看，使用每小時(shí)最多數(shù)十或數(shù)百個(gè)樣本的速率提供樣本的技術(shù)來(lái)執(zhí)行這種采樣。

諸如利用LIDAR掃描的技術(shù)這樣的掃描技術(shù)中的最新進(jìn)展已經(jīng)帶來(lái)了在約數(shù)小時(shí)、數(shù)分鐘或甚至數(shù)秒鐘內(nèi)在大的面積上采集物理表面上的數(shù)以億計(jì)的點(diǎn)樣本的能力。在掃描過(guò)程中，掃描裝置使用激光束對(duì)包含感興趣的結(jié)構(gòu)的一場(chǎng)景進(jìn)行掃描，并且由該掃描裝置捕捉從該場(chǎng)景反射的光束。掃描裝置因此測(cè)量了位于場(chǎng)景中可見(jiàn)的表面上的大量的點(diǎn)。每個(gè)掃描點(diǎn)在3D空間中在一定測(cè)量誤差內(nèi)具有測(cè)得的位置，該位置通常相對(duì)于掃描儀的本地坐標(biāo)系統(tǒng)中的點(diǎn)(x，y，z)而被記錄成。得到的點(diǎn)的集合通常被稱為一個(gè)或更多個(gè)點(diǎn)云，其中，每個(gè)點(diǎn)云可包括位于所掃描的視野中的很多不同表面上的點(diǎn)。

常規(guī)的掃描系統(tǒng)不原生地創(chuàng)造點(diǎn)，而是創(chuàng)建具有被轉(zhuǎn)換為x、y和z坐標(biāo)的相關(guān)聯(lián)的鏡角(mirror?angle)的范圍集合。將這些原本的測(cè)量值映射成x、y和z軸坐標(biāo)的功能取決于如何組裝掃描儀，并且對(duì)于高精度系統(tǒng)，該功能對(duì)每個(gè)掃描儀是不同的并且是溫度和其它環(huán)境條件的函數(shù)。通常由被稱為校準(zhǔn)參數(shù)的數(shù)的集合來(lái)表示掃描儀系統(tǒng)之間的差異。

對(duì)于覘標(biāo)(target)的精確位置的獲取，特別是在測(cè)量領(lǐng)域中，現(xiàn)今主要使用全站儀。可以由不反射物體或諸如棱鏡的反射物體來(lái)代表這樣的覘標(biāo)。全站儀是在測(cè)量中使用的手動(dòng)操作的光學(xué)儀器。全站儀是電子經(jīng)緯儀(轉(zhuǎn)鏡(transit))、電子測(cè)距儀(EDM)及運(yùn)行在計(jì)算機(jī)(諸如被稱為數(shù)據(jù)收集器的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī))上的軟件的組合。使用全站儀，可以確定從儀器到待測(cè)量的點(diǎn)的角度和距離。借助于三角法和三角測(cè)量，角度和距離可以用于按絕對(duì)值來(lái)計(jì)算測(cè)量點(diǎn)的實(shí)際位置(x、y和z或北向、東向和高度)的坐標(biāo)或儀器相距已知點(diǎn)的位置的坐標(biāo)。現(xiàn)代的全站儀儀器借助于光電掃描例如被刻蝕在位于所述儀器內(nèi)的旋轉(zhuǎn)玻璃圓柱體或圓盤上的極精確的數(shù)字條形碼來(lái)測(cè)量角度。

隨著上述系統(tǒng)使用激光工作并使得能夠測(cè)量相對(duì)遠(yuǎn)的距離內(nèi)的物體，當(dāng)進(jìn)入執(zhí)行這樣的測(cè)量的區(qū)域時(shí)，對(duì)人和動(dòng)物組織的危害性(尤其對(duì)人類的眼睛受到損傷)是相當(dāng)高的。

鑒于激光安全性，DE?10?2005?027?208描述了一種以根據(jù)至物體的距離而降低激光功率或關(guān)閉激光的方式控制激光掃描儀的方法。此外，提出了在掃描過(guò)程中限定固定的激光功率。以最大激光輸出功率開(kāi)始掃描。如果被測(cè)量的最小距離小于所處理的安全距離，則停止掃描，按比例降低激光輸出功率并再次開(kāi)始掃描。這個(gè)過(guò)程是反復(fù)的。如果被測(cè)量的距離小于限定的最小激光輸出并且是最小的激光輸出功率步長(zhǎng)的最小安全距離，則取消掃描。

另外，US?2005/0205755提出了一種根據(jù)環(huán)境影響以自適應(yīng)的方式控制激光參數(shù)的方法。在這種情況下，在近場(chǎng)(near?field)中，激光輸出功率被降低以適應(yīng)激光安全限度。根據(jù)實(shí)施方式，為了保持安全規(guī)則，使用兩個(gè)距離范圍–一個(gè)距離范圍具有有限的激光輸出功率，并且另一個(gè)距離范圍具有全激光功率。激光功率幅度通過(guò)光衰減器(例如濾光輪)從20一直到200個(gè)振幅步長(zhǎng)是可控的。衰減器根據(jù)范圍或接收信號(hào)強(qiáng)度來(lái)設(shè)置。

根據(jù)DE?10?2005?027?208的技術(shù)方案，當(dāng)掃描正在運(yùn)行的同時(shí)，激光功率是固定的，因此保留了在由待測(cè)量的不同距離導(dǎo)致的掃描區(qū)域上改變的測(cè)量性能的缺點(diǎn)。

根據(jù)US?2005/0205755的技術(shù)方案，為了滿足激光安全性，激光功率(特別是幅度)也是可調(diào)的，但仍然保留了一個(gè)掃描周期內(nèi)的改變的測(cè)量性能的問(wèn)題。具體地，對(duì)于掃描未考慮系統(tǒng)的信噪比，其中，該比值影響測(cè)量質(zhì)量并取決于到物體的距離，因此隨著距離而改變。

因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種用于根據(jù)激光安全要求和針對(duì)距離測(cè)量的測(cè)量性能來(lái)控制激光輸出特性的改進(jìn)方法以及相應(yīng)的測(cè)量裝置。

本發(fā)明的特定目的在于提供一種改進(jìn)的激光掃描儀或全站儀，該激光掃描儀或全站儀分別包括用于在覘標(biāo)的掃描或位置確定時(shí)針對(duì)人類保證激光安全的功能。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種用于控制測(cè)量裝置以便在掃描和/或覘標(biāo)的位置確定的同時(shí)連續(xù)提供針對(duì)高質(zhì)量測(cè)量性能的系統(tǒng)設(shè)置。