D0F跟踪仪24测量包括在6D0F组件16中的回射器48的三个平动自由度。这三个平动自由度给出了 6D0F组件16在参考点处的位置，参考点可以是立方隅角回射器的顶点，或者可以是具有相对于回射器的已知位置的另一点。三个平动自由度可以是例如由跟踪仪在跟踪仪参照系63中确定的坐标X、y、Z0另外，6D0F跟踪仪24测量6D0F组件16的三个取向自由度。如上文中说明的，存在许多确定取向自由度的方法。三个取向自由度可以是例如俯仰角度、滚转角度以及横摆角度。三个取向自由度针对具有组件参照系12的6D0F组件16 ;然而，三个取向自由度由跟踪仪在跟踪仪参照系63中确定。换言之，组件参照系12相对于扫描仪26可以具有各种取向，并且扫描仪26可以相对于跟踪仪移动至各种取向。因此第一步骤确定6D0F组件相对于跟踪仪的三个平动自由度和三个取向自由度。换言之，第一步骤确定6D0F组件参照系12相对于跟踪仪参照系63的三个平动自由度和三个取向自由度。
[0034]第二步骤为确定扫描仪参照系10相对于6D0F组件参照系12的相对位置和相对取向。扫描仪参照系可以相对于扫描仪26的主体44来定义，主体44保持投影机36和摄像机42，投影机和摄像机相对于主体44被固定。球形端部构件56具有相对于主体44、投影机36以及摄像机42已知的位置。这两个参照系10和参照系12在进行表面38的测量时相对于彼此是固定的。一种用于至少部分地确定参照系10与参照系12之间的关系的方法为将球形端部构件56放置于插孔中，插孔可以具有例如圆锥形表面。如上文中所说明的，多个收集的3D坐标至少部分地提供了确定扫描仪参照系10相对于6D0F组件参照系12的平动自由度和取向自由度所需要的信息。激光跟踪仪24测量回射器48的位置，回射器48的位置相对于扫描仪26在6D0F中是不变的。球形端部构件56在相对于扫描仪26的位置和取向上也是不变的。因此扫描仪摄像机42和投影机36相对于回射器48和球形端部构件56是固定的。通过使用激光扫描仪24测量6D0F组件16的多个位置和多个取向，可以在一个自由度中得到参照系10与参照系12之间的关系，该一个自由度为6D0F组件16绕连接回射器参考点与球形端部构件56的轴的旋转角度。如本领域中为人熟知的，数学上，可以使用转换矩阵将测量值从一个参照系转换到另一个参照系。
[0035]第三步骤为至少部分地基于由投影机36发送的光图案、由摄像机42内的光敏阵列接收的图像以及摄像机与投影机之间的基线距离(未示出)来确定表面38上的点的3D坐标。
[0036]通过将由扫描仪26进行的表面38的3D点测量与由激光跟踪仪24进行的6D0F组件16的测量进行组合，并且还考虑参照系10、参照系12以及参照系63之间的转换关系，可以在跟踪仪参照系63中确定表面38上的点的3D坐标。
[0037]现在参考图3至图4，示出了操作激光跟踪仪24和扫描仪26的过程67以用于获得物体22的表面38上的点的三维坐标。在操作扫描仪26之前，在块64中执行如上文所述的向激光跟踪仪24校准扫描仪26。当操作扫描仪26时，来自激光跟踪仪24的光28被回射器48反射，使得扫描仪26的定位和取向为激光跟踪仪24所知。当操作扫描仪26时，结构光图案从投影机36中发射、被表面38反射、并且被摄像机42捕获。在示例性实施方式中，摄像机42以每秒15至30帧的速率捕获图像帧。连续的图像帧66、图像帧68、图像帧70中的每个图像帧在图3中被示出为圆形，然而，图像帧66、图像帧68、图像帧70还可以是其他形状例如正方形或长方形。
[0038]由于摄像机42的相对高的帧速率，在图像帧之间可能存在由交叉阴影线区域72、74表示的交叠区域。交叠的量将取决于操作者移动扫描仪26的速度。在现有技术的系统中，物体22的位于交叠区域中的特征使图像帧能够相对于彼此配准。然而，当测量平面或其他无特征表面时，配准变得更困难，并且在现有技术的系统中存在测量偏移的趋势，或者表面变成“土豆片”形状的趋势。本发明的实施方式由于当捕获每个图像帧66、68、70时激光跟踪仪24记录扫描仪26的定位和取向而提供了优势。因此，帧66、68、70的配准允许各个帧相对于彼此的精确定位而不依赖于物体22的特征。还应理解的是，这也在相邻图像帧之间不存在交叠的情况下使图像帧能够配准方面提供了优势。
[0039]在块64中对扫描仪26进行校准之后，在块76中扫描仪26扫描表面38以获取与投影图案66对应的图像帧，同时激光跟踪仪24记录扫描仪26的定位和取向。过程67进行到块78，在块78中第二帧68连同扫描仪26的位置和取向一起被捕获。该过程继续进行，直到在块80中摄像机42捕获第N帧。然后，过程67继续进行，以在块82中通过使用由激光跟踪仪24测量并记录的定位信息和位置信息将相邻帧相对于彼此进行匹配来配准图像帧。然后，可以在块84中确定物体22的表面上的点的坐标。在示例性实施方式中，相对于跟踪仪参照系63确定点的坐标。
[0040]现在参考图3和图5，示出了操作激光跟踪仪24和扫描仪26的方法86的另一实施方式以用于获得物体22的表面38上的点的三维坐标。在该实施方式中，如上文中所述的，在块88中向激光跟踪仪24校准扫描仪26。在激光跟踪仪24跟踪扫描仪26的位置和取向的情况下，操作扫描仪26扫描物体22的表面38。在块90中，扫描仪26获取第一帧66。然后，方法86在块92中确定在确定第一帧66的捕获时扫描仪26的定位和取向。过程86继续捕获图像帧并记录扫描仪26的定位和取向，直到分别在块94中捕获第N个图像帧并且在块96中记录扫描仪26的最终定位和取向为止。在块98中，在跟踪仪参照系63中使图像帧彼此配准。然后，过程86继续进行，以在块100中确定交叠区域72、74。在一个实施方式中，然后，过程86进行到块102，在块102中消除交叠区域72、74中点的重复或基本重复的数据，以减小坐标数据的大小。
[0041]应理解的是，配准帧和确定物体的表面上的点的坐标的过程可以由激光跟踪仪24、扫描仪26、计算机33或前述的组合来执行。
[0042]本发明的实施方式的技术效果和益处包括使用另一坐标测量装置例如激光跟踪仪来跟踪扫描仪，以使得能够对由扫描仪获取的图像帧进行配准。可以在无需参考被扫描的物体上的特征或周围环境的情况下执行图像的配准。还可以在连续图像帧中不存在交叠区域的情况下执行该图像的配准。
[0043]本文参考根据本发明的实施方式的方法、设备(系统)以及计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各方面。应理解的是，可以通过计算机可读程序指令来实现流程图和/或框图中的每个块以及流程图和/或框图中的块的组合。
[0044]这些计算机可读程序指令可以被提供给通用计算机的处理器、专用计算机的处理器或其他可编程数据处理设备的处理器以产生机器，使得经由计算机的处理器或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建用于实现流程图和/或框图的一个或更多个块中指定的功能/动作的手段。这些计算机可读程序指令还可以被存储在计算机可读存储介质中，该计算机可读存储介质可以引导计算机、可编程数据处理设备和/或其他设备以特定的方式运行，使得存储有指令的计算机可读存储介质包括一种制品，该制品包括实现流程图和/或框图的一个或更多个块中指定的功能/动作的方面的指令。
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