用于光学扫描和测量环境的装置的制造方法_2

文档序号:8531731阅读:来源:国知局
显示和控制单元115,而是通过,例如来自固定物或者便携式计算机(PC、平板电脑、智能电话等)的远程控制来操作手持式扫描仪100,其中固定物或者便携式计算机与控制和评估单元118连续连接(有线或无线)。
[0025]除非控制和评估单元118通过无线电通信(例如,通过到固定的计算机的WLAN)传输摄像机111、摄像机112以及摄像机113 (如果有的话)的3D扫描或数据,否则手持式扫描仪100优选地在基部104上(或者,可替选地,在手持式扫描仪100的另一点处)配置有数据连接。所述的数据连接可以是,例如针对LAN、USB等的标准化接口、或者是如在DE10 2009 010 465 B3中描述的专用接口。如果合适,数据连接还可以被配置成用于引入便携式存储介质(SD卡、USB棒等)。至于电源,优选地蓄电池被设置在基部104中。为了对蓄电池进行充电,优选地也可以在基部104上设置电源插座。可替选地,蓄电池是可更换的。
[0026]通常,根据由第一摄像机111以及由第二摄像机112记录的图像,已经可以(在控制和评估单元118中)确定三维数据,也就是说,可以通过,例如摄影测量法来产生对象O的3D扫描。然而,对象O通常具有很少的结构以及许多光滑的表面,从而很难根据对象O的散射光产生3D扫描。
[0027]因此,设置了(第一)投影仪121,其优选地被配置在基部104中(或者,可替选地,在头端108中)并且与两个摄像机111和112 —致对准。可以由用户设置或者预设相对距离和相对对准。(第一)投影仪121将图案X投射至要被扫描的对象O上。图案X不需要被编码(也就是说是单值的),而图案X优选地是未编码的,例如周期性地,也就是说是多值的。通过使用两个摄像机111和112来解决多值性。
[0028]未编码的图案X优选地是点图案,包括在网格中的点的规则布置。在本发明中,例如,以大约50°的角度将一百乘一百的点投射至大约0.5m至5m的距离。图案X还可以是线图案或者点和线的组合图案,每个图案均通过紧密地布置光点而形成。两个摄像机111和112将图案X投射到其各自的图像平面B11JP B 112中,在每个图像平面中均布置有一个光电传感器(例如,CMOS或CCD)以记录图案
[0029]在点密度、(第一)投影仪121与对象之间的距离以及可以使用产生的图案X获得的分辨率之间存在有关系。如果仅单个图像可用,则可以通过较高的点密度来检查对象O的精细结构,而通过较低的点密度来仅检查粗糙结构。因此,这似乎有助于能够产生除图案X以外的至少一个其它图案V。取决于图案X、X’的产生,图案之间的动态转变和/或空间混合(spatial intermingling)是可能的,以使点密度适应对象O的结构。
[0030]在一个实施方式中,为了进行特殊检查,因此除(第一)投影仪121以外,还配置了被相应地对准并且可以产生另一图案X’的第二投影仪122。可替选地,除图案X以外,(第--)投影仪121还可以产生另一图案X’,例如,图案X和另一图案X’关于时间和/或在另一波长范围中彼此偏移。另一图案X’优选地是与图案X偏离的图案,其中图案X在本发明中为未编码的图案,图案X在本发明中为点的规则布置的点图案,所述点彼此之间具有另一距离(网格长度)。
[0031]还可想到另一图案X’与图案X不断地干涉,例如以不同的强度。于是,如此产生的图案X就具有:例如,在较大距离处具有较高强度的光点,而在较高强度的光点之间具有较小距离的较低强度的光点。通过具有不同的强度的图案X,能够克服有限的摄像机动态范围(如果给定曝光时间,则仅在有限的、组合距离和反射区域中,光点在没有曝光过度/曝光不足的情况下是可见的),并且可以覆盖针对深度和强度的较大的动态范围。所述图案X确实具有较高的周期性,但是从本发明的意义上说,图案X仍是未编码的。
[0032]此外,可进一步想到,使用多于两个图案X、X’,例如,随后例如关于时间产生的限定序列的多个图案。
[0033]优选地是单色的图案X(和X’)优选地通过衍射光学元件124来产生,该衍射光学元件124在不损失强度的情况下将由激光器产生的光束分在两个摄像机111和112的与图案X对应的波长范围(红外)中。然后,横向分辨率仅受限于光束直径,即,点的尺寸。因为图案X(和X’)是在红外范围内产生的,所以既可以在没有干涉的情况下记录彩色摄像机113的图像,又可以避免保护眼睛等的安全措施。为了相同的目的,图案X(和X’)可替选地可以在紫外范围中产生。
[0034]可以使用两个衍射光学兀件产生两个图案X和X’,这两个图案X和X’在不同的时间或者以不同的波长放映。通过时变衍射光学元件,可以在图案X和X’之间快速地(即,以大约每帧)或慢速地(例如,手动控制)变化,或者图案X可以动态地适应改变事实(关于光点的密度以及投射图案X的范围)。同样可以想到图案X与图案X’之间的渐变(淡出淡入)。作为衍射光学元件的替选,可以使用微透镜阵列或者单激光器阵列。可选地,通过遮光板,特别地通过幻灯片的经典成像是可能的。
[0035]出于能量效率和眼睛安全的原因,当摄像机111和摄像机112(以及摄像机113 (如果有的话))记录被提供有图案X的对象O的图像时,(第一)投影仪121仅在对象O上产生图案X。为此,使两个摄像机111、112以及投影仪121 (以及第二投影仪122 (如果有的话))同步,也就是说,使两个摄像机111、112以及投影仪121 (以及第二投影仪122 (如果有的话))既关于时间又关于所使用的图案X(以及如果有的话X’)彼此内部协调。每个记录过程以(第一)投影仪121产生图案X为开始,类似于摄影中的动画,并且随后摄像机111和摄像机112(以及摄像机113(如果有的话))进行记录,更精确地说是它们的成对的记录(帧),从两个摄像机111、112中的每个摄像机均产生一个图像。记录过程可以包括一个单独的帧(镜头(shot))或者^-系列多个帧(视频)。优选地在手柄部106处配置触发开关126,其中通过该触发开关126可以触发这样的镜头或者这样的视频。在对数据进行处理之后,于是每个巾贞在手持式扫描仪100的相对坐标中构成3D扫描,即,三维空间中的点云。作为触发开关126的替选,可以通过上述手持式扫描仪100的远程控制来触发记录过程。
[0036](第一)投影仪121和可选地可用的第二投影仪122不被布置成与两个摄像机121和122共线,而是被布置成三角形布置。两个摄像机111和112以及(第一)投影仪121 (以及可选地第二投影仪122)的这种布置使得本来已知的光学中的数学方法的使用,特别是核面几何的使用成为可能,根据核面几何方法,可以在第一摄像机111的图像平面B111中的一条(已知的)线,即核线e上观察到第二摄像机112的图像平面B112中的一个点,并且反之亦然,和/或可以在两个摄像机111和112的图像平面Bm、B112中的每一条核线e上观察到由来自投影层P121的(第一)投影仪121产生的点。
[0037]在本发明中,涉及(至少)三个单元(投影仪121以及两个摄像机111和112),即,从所述单元中的每个单元进行,可以使用另外两个单元分别限定两个立体几何形状(分别具有很多核线e)。点和核线e的明确的三角形关系因此导致本布置,根据所述明确的三角形关系,可以确定在两个图像层Bm、B112中的图案X(以及可选地X’)的投影的对应关系。由于附加的立体几何形状(与一对摄像机相比),以另外的方式不能被区分的图案的相当多的点可以在核线e上被识别。因此,特征的密度可以同时为高,并且特征的尺寸可以保持非常低。对于使用编码图案(具有由例如多个点组成的特征)的替选方法,特征的尺寸具有限制横向分辨率的下限。如果所述对应关系已被确定,则可以针对通过三角测量得到的3D扫描确定在对象O的表面上的点的三维坐标。
[0038]可以
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