專利名稱：目標(biāo)及使用其的三維形狀測(cè)定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)測(cè)定對(duì)象物的三維形狀進(jìn)行測(cè)定所使用的目標(biāo)(target)和使用其的三維形狀測(cè)定裝置。

背景技術(shù)：
作為用于在短時(shí)間內(nèi)取得測(cè)定對(duì)象物的三維形狀數(shù)據(jù)(3D數(shù)據(jù))的三維形狀測(cè)定裝置，公知有所謂的激光掃描儀。
圖1表示了通過激光掃描儀對(duì)測(cè)定對(duì)象物進(jìn)行計(jì)測(cè)的一個(gè)例子。在圖1中，100是測(cè)定對(duì)象物(例如作為物理構(gòu)造物的建筑物)。激光掃描儀101為了取得三維形狀數(shù)據(jù)，例如被設(shè)置在基準(zhǔn)點(diǎn)R1，對(duì)掃描區(qū)E1進(jìn)行掃描，取得掃描區(qū)E1內(nèi)的點(diǎn)群數(shù)據(jù)。
接著，激光掃描儀101例如被設(shè)置在基準(zhǔn)點(diǎn)R2，例如對(duì)掃描區(qū)E2進(jìn)行掃描，取得掃描區(qū)E2內(nèi)的點(diǎn)群數(shù)據(jù)。這樣，按照測(cè)定對(duì)象物100的三維形狀，適當(dāng)設(shè)定掃描區(qū)，根據(jù)掃描區(qū)的數(shù)量，重復(fù)基于激光掃描儀101的掃描，從而對(duì)各掃描區(qū)取得點(diǎn)群數(shù)據(jù)。這里，測(cè)定對(duì)象物100的各掃描區(qū)彼此交疊(overlap)，在掃描區(qū)的交疊部分設(shè)置有三維形狀測(cè)定用的目標(biāo)103。根據(jù)基準(zhǔn)點(diǎn)，彼此合成各掃描區(qū)的點(diǎn)群數(shù)據(jù)，可取得測(cè)定對(duì)象物100的三維形狀數(shù)據(jù)。有時(shí)也將該三維形狀數(shù)據(jù)最終變換為公共測(cè)量坐標(biāo)。
激光掃描儀101中使用的目標(biāo)103如圖2所示，為了求出作為基準(zhǔn)點(diǎn)的中心坐標(biāo)，圓形中心區(qū)域部103a反射率最高，包圍圓形中心區(qū)域部103a的圓形周邊區(qū)域部103b反射率最低，矩形框103c和圓形周邊區(qū)域部103b之間的反射區(qū)域部103d為中間的反射率。
另外，公知還可以使矩形框103c和圓形周邊區(qū)域部103b之間的反射區(qū)域部103d反射率最高，圓形周邊區(qū)域部103b反射率最低，圓形中心區(qū)域103a為中間的反射率。
[專利文獻(xiàn)1]US6,804,380，B1 可是，考慮對(duì)由激光掃描儀取得的三維數(shù)據(jù)，通過結(jié)構(gòu)繪制(texturemapping)等方法，合成由數(shù)碼相機(jī)等取得的圖像的情況。該情況下，需要使用激光掃描儀求出設(shè)置于測(cè)定對(duì)象物100的多個(gè)目標(biāo)103的中心的三維坐標(biāo)，進(jìn)而根據(jù)與其對(duì)應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)求出目標(biāo)的中心的圖像坐標(biāo)。
即，在數(shù)碼相機(jī)的情況下，使用圓形狀的目標(biāo)，通過矩量(moment)法等正確求出目標(biāo)的中心的圖像坐標(biāo)。而在激光掃描儀的情況下，需要根據(jù)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行掃描而取得的點(diǎn)群數(shù)據(jù)正確求出目標(biāo)的中心的三維坐標(biāo)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供在通過三維形狀測(cè)定裝置利用激光掃描儀檢測(cè)基準(zhǔn)位置時(shí)，適合于根據(jù)所拍攝的圖像數(shù)據(jù)檢測(cè)基準(zhǔn)位置的目標(biāo)和使用其的三維形狀測(cè)定裝置。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的目標(biāo)被設(shè)置于測(cè)定對(duì)象物，用于得到點(diǎn)群數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)值，其特征在于，具有被框包圍且具有目標(biāo)中心的小圓、和被所述框包圍且與所述小圓的中心同心地包圍所述小圓的大圓，所述框和所述大圓之間的反射區(qū)域部是反射率最低的低亮度反射區(qū)域部，所述大圓和所述小圓之間的圓形周邊區(qū)域部是反射率最高的高亮度反射區(qū)域部，所述小圓內(nèi)側(cè)的圓形中心區(qū)域部是具有反射率比所述低亮度反射區(qū)域部的反射率高、比所述高亮度反射區(qū)域部的反射率低的中間反射率的中亮度反射區(qū)域部。
優(yōu)選在所述小圓的目標(biāo)中心的位置形成有具有與所述低亮度反射區(qū)域部的反射率同程度的反射率的標(biāo)記。
優(yōu)選在所述框的各邊的中央形成有具有與所述中亮度反射區(qū)域部的反射率同程度的反射率的標(biāo)記。
優(yōu)選所述中亮度反射區(qū)域部在測(cè)距中使用。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的三維形狀測(cè)定裝置具有向配置有所述目標(biāo)的測(cè)定對(duì)象物射出脈沖激光的發(fā)光部；用于在水平方向掃描所述測(cè)定對(duì)象物的驅(qū)動(dòng)部；用于在垂直方向掃描所述測(cè)定對(duì)象物的驅(qū)動(dòng)部；通過所述水平方向及垂直方向的掃描計(jì)算出所述目標(biāo)的中心坐標(biāo)和到該目標(biāo)的距離，并計(jì)算出技術(shù)方案1所述的目標(biāo)的中心位置的三維坐標(biāo)，并且根據(jù)計(jì)算出的該目標(biāo)的中心位置的三維坐標(biāo)，對(duì)通過掃描所述測(cè)定對(duì)象物而取得的點(diǎn)群數(shù)據(jù)進(jìn)行合成處理的控制部；和所述測(cè)定對(duì)象物的拍攝用的圖像受光部；所述控制部執(zhí)行利用所述脈沖激光掃描所述測(cè)定對(duì)象物的探索區(qū)域，根據(jù)包含從所述測(cè)定對(duì)象物的各點(diǎn)得到的反射激光、和從所述目標(biāo)的各點(diǎn)得到的反射激光的點(diǎn)群數(shù)據(jù)，探索所述目標(biāo)的目標(biāo)探索處理步驟；根據(jù)由該目標(biāo)探索處理步驟得到的點(diǎn)群數(shù)據(jù)，指定目標(biāo)探索范圍，根據(jù)通過掃描該目標(biāo)探索范圍而得到的點(diǎn)群數(shù)據(jù)，捕捉目標(biāo)的概略位置的捕捉處理步驟；根據(jù)由該捕捉處理步驟得到的目標(biāo)的概略位置，詳細(xì)探索目標(biāo)，取得點(diǎn)群數(shù)據(jù)的詳細(xì)探索處理步驟；根據(jù)由該詳細(xì)探索處理步驟得到的點(diǎn)群數(shù)據(jù)的反射激光的強(qiáng)度，提取出所述目標(biāo)的高亮度區(qū)域部與低亮度區(qū)域部之間的邊緣，利用橢圓近似處理求出該目標(biāo)的中心坐標(biāo)的中心坐標(biāo)決定處理步驟；和測(cè)量到所述目標(biāo)的距離的測(cè)距處理步驟。
優(yōu)選所述控制部對(duì)通過所述詳細(xì)探索處理步驟的處理而得到的點(diǎn)群數(shù)據(jù)的反射激光的強(qiáng)度值，設(shè)定多個(gè)閾值水平，使用對(duì)各閾值水平執(zhí)行橢圓近似處理而得到的多個(gè)橢圓的中心坐標(biāo)中偏差小的中心坐標(biāo)，決定所述目標(biāo)的中心坐標(biāo)。
優(yōu)選所述控制部在所述捕捉處理步驟中取得點(diǎn)群數(shù)據(jù)時(shí)，以規(guī)定的比率使來自所述測(cè)定對(duì)象物的反射激光衰減，再執(zhí)行所述捕捉處理步驟，由此取得點(diǎn)群數(shù)據(jù)。
優(yōu)選所述控制部在所述捕捉處理步驟中測(cè)量到所述目標(biāo)的距離，根據(jù)測(cè)距結(jié)果，變更所述脈沖激光的聚束光(beam spot)直徑，再執(zhí)行所述捕捉處理步驟，由此取得點(diǎn)群數(shù)據(jù)。
優(yōu)選所述控制部縱向掃描所述點(diǎn)群數(shù)據(jù)，執(zhí)行所述邊緣的提取。
優(yōu)選所述控制部比較預(yù)先登錄的目標(biāo)的尺寸和由詳細(xì)探索而得到的目標(biāo)的尺寸，進(jìn)行是否是目標(biāo)的檢查。
優(yōu)選按照到測(cè)定對(duì)象物的距離，準(zhǔn)備多個(gè)所使用的目標(biāo)的尺寸。
優(yōu)選具有圖像受光部，控制部根據(jù)由所述圖像受光部得到的圖像和由點(diǎn)群數(shù)據(jù)得到的三維坐標(biāo)，執(zhí)行圖像的中心位置和點(diǎn)群數(shù)據(jù)的中心位置的標(biāo)定作業(yè)。
根據(jù)本發(fā)明的目標(biāo)，可提供適合于通過三維形狀測(cè)定裝置利用激光掃描檢測(cè)基準(zhǔn)位置的情形、和根據(jù)拍攝到的圖像數(shù)據(jù)檢測(cè)基準(zhǔn)位置的情形的目標(biāo)。而且，能夠不損害圓形中心區(qū)域部的中心坐標(biāo)的測(cè)定精度地使目標(biāo)成為緊湊的結(jié)構(gòu)。并且，能在測(cè)距中使用圓形中心區(qū)域部。
而且，由于可將高亮度區(qū)域部的面積確保得大，且將與低亮度區(qū)域部的亮度差設(shè)定得大，所以能迅速進(jìn)行使用三維形狀測(cè)定裝置的目標(biāo)的探索。此外，即使在測(cè)定對(duì)象物上存在高亮度部位，也能識(shí)別。
并且，能夠容易地進(jìn)行目標(biāo)的瞄準(zhǔn)。
根據(jù)本發(fā)明的三維形狀測(cè)定裝置，能迅速進(jìn)行目標(biāo)的探索、目標(biāo)的中心位置坐標(biāo)的決定。此外，由于通過橢圓近似處理進(jìn)行目標(biāo)的中心坐標(biāo)的決定，所以從斜向測(cè)定目標(biāo)時(shí)，也能精度良好地決定其中心位置。
而且，能提高目標(biāo)的中心坐標(biāo)位置的取得精度。
并且，能提高目標(biāo)的邊緣區(qū)域的取得精度。
另外，能提高點(diǎn)群數(shù)據(jù)的取得精度的分辨率。此外，能縮短點(diǎn)群數(shù)據(jù)的掃描時(shí)間。
而且，能進(jìn)行是否是目標(biāo)的檢查。
并且，能按照到測(cè)定對(duì)象物的距離，使用適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)。
根據(jù)由圖像受光部得到的圖像和由點(diǎn)群數(shù)據(jù)得到的三維坐標(biāo)，進(jìn)行圖像的中心位置和點(diǎn)群數(shù)據(jù)的中心位置的標(biāo)定，由此能進(jìn)行圖像計(jì)測(cè)、點(diǎn)計(jì)測(cè)的雙方。



圖1是通過激光掃描儀對(duì)測(cè)定對(duì)象物進(jìn)行計(jì)測(cè)的方法的一個(gè)例子的概略圖。
圖2是圖1所示的設(shè)置于測(cè)定對(duì)象物的目標(biāo)的一個(gè)例子的平面圖。
圖3是本發(fā)明的三維形狀測(cè)定裝置的概略構(gòu)造的剖面圖。
圖4是用于對(duì)圖3所示的旋轉(zhuǎn)照射部的構(gòu)造進(jìn)行說明的剖面圖。
圖5是圖3所示的控制部的框圖。
圖6是本發(fā)明的目標(biāo)的一個(gè)例子的主要部分平面圖。
圖7是本發(fā)明的三維形狀測(cè)定裝置的處理的流程圖。
圖8是表示在顯示部的畫面顯示了由目標(biāo)探索處理取得的點(diǎn)群數(shù)據(jù)的狀態(tài)的圖。
圖9是表示指定了目標(biāo)的概略位置的狀態(tài)的圖。
圖10是表示由圖9的Target1附近的探索處理取得的點(diǎn)群數(shù)據(jù)的一個(gè)例子的圖。
圖11是表示根據(jù)圖10的點(diǎn)群數(shù)據(jù)決定了的目標(biāo)掃描范圍的一個(gè)例子的圖。
圖12是表示由圖11所示的目標(biāo)掃描范圍中的目標(biāo)探索處理取得的點(diǎn)群數(shù)據(jù)的一個(gè)例子的圖。
圖13是表示根據(jù)圖12的點(diǎn)群數(shù)據(jù)決定了的目標(biāo)掃描范圍的一個(gè)例子的圖。
圖14是表示通過詳細(xì)探索而取得的點(diǎn)群數(shù)據(jù)的一個(gè)例子的圖。
圖15A是圖15B所示的掃描線X方向的點(diǎn)群數(shù)據(jù)的反射強(qiáng)度值的分布圖。
圖15B是表示通過詳細(xì)探索而取得的點(diǎn)群數(shù)據(jù)的圖。
圖16是表示圖14所示的點(diǎn)群數(shù)據(jù)的掃描的一個(gè)例子的圖。
圖17是表示進(jìn)行橢圓近似處理而取得的橢圓和其中心位置的一個(gè)例子的圖。

具體實(shí)施例方式 下面，說明本發(fā)明的維度形狀測(cè)定用目標(biāo)和使用其的三維形狀測(cè)定裝置。
實(shí)施例 [裝置結(jié)構(gòu)的概要] 首先，說明本發(fā)明的三維形狀測(cè)定裝置。
圖3、圖4表示了本發(fā)明的三維形狀測(cè)定裝置的剖面圖。在圖3、圖4中，符號(hào)1是三維形狀測(cè)定裝置。三維形狀測(cè)定裝置1主要由校平部2、設(shè)置于校平部2的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部3、由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部3支撐并且由測(cè)距部4、攝像部5、控制部6等構(gòu)成的測(cè)定裝置主體部7、設(shè)置在測(cè)定裝置主體部7的上部的旋轉(zhuǎn)照射部8構(gòu)成。另外，為了便于說明，圖4表示在圖3所示的剖面方向，從左側(cè)方只觀察旋轉(zhuǎn)照射部8的狀態(tài)。
[校平部2的結(jié)構(gòu)] 校平部2具有底盤11、和下部箱體13。在底盤11上直立設(shè)置有銷12。銷12的上端部為曲面形狀。銷12的上端部?jī)A動(dòng)自由地嵌合于在下部箱體13的底面形成的凹部。在下部箱體13的其他2處貫通旋裝有調(diào)整螺釘14。在調(diào)整螺釘14的下端部固定有腿構(gòu)件15。腿構(gòu)件15的下端形成為前端尖銳或曲面，與底盤11抵接。在調(diào)整螺釘14的上端部嵌裝有校平從動(dòng)齒輪16。下部箱體13由銷12和2個(gè)調(diào)整螺釘14以3點(diǎn)支撐在底盤11上。下部箱體13能夠以銷12的頂端為支點(diǎn)而傾動(dòng)。另外，在底盤11與下部箱體13之間，為了使底盤11和下部箱體13不彼此遠(yuǎn)離，設(shè)置有拉伸彈簧19。
在下部箱體13的內(nèi)部設(shè)置有2個(gè)校平馬達(dá)17。在校平馬達(dá)17的輸出軸上嵌裝有校平驅(qū)動(dòng)齒輪18。校平驅(qū)動(dòng)齒輪18與校平從動(dòng)齒輪16嚙合。兩個(gè)校平馬達(dá)17由控制部6相互獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。通過校平馬達(dá)17的驅(qū)動(dòng)，借助校平驅(qū)動(dòng)齒輪18、校平從動(dòng)齒輪16使調(diào)整螺釘14旋轉(zhuǎn)，對(duì)調(diào)整螺釘14向下方的突出量進(jìn)行調(diào)整。此外，在下部箱體13的內(nèi)部設(shè)置有傾斜傳感器56(參照?qǐng)D5)。根據(jù)傾斜傳感器56的檢測(cè)信號(hào)驅(qū)動(dòng)2個(gè)校平馬達(dá)17，由此來執(zhí)行校平。
[旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部3的結(jié)構(gòu)] 下部箱體13兼任旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部3的箱體。在下部箱體13的內(nèi)部設(shè)置有水平轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)20。在水平轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)20的輸出軸嵌裝有水平轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒輪21。在下部箱體13的上部，借助軸承構(gòu)件22設(shè)置有旋轉(zhuǎn)底盤23。在旋轉(zhuǎn)底盤23的中央部設(shè)置有向下方突出的旋轉(zhuǎn)軸部24。在旋轉(zhuǎn)軸部24上設(shè)置有水平轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪25。水平轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒輪21與水平轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪25嚙合。
而且，在旋轉(zhuǎn)軸部24上作為水平角檢測(cè)器26，例如設(shè)置有編碼器。利用該水平角檢測(cè)器26檢測(cè)旋轉(zhuǎn)軸部24相對(duì)下部箱體13的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角。檢測(cè)出的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角(水平角)被輸入給控制部6，控制部6根據(jù)該檢測(cè)結(jié)果控制水平轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)20。
[測(cè)定裝置主體部7的結(jié)構(gòu)] 測(cè)定裝置主體部7具有主體部箱體27。主體部箱體27被固定在旋轉(zhuǎn)底盤23上。在主體部箱體27的內(nèi)部設(shè)置有鏡筒28。鏡筒28具有與主體部箱體27的旋轉(zhuǎn)中心同心的旋轉(zhuǎn)中心。鏡筒28的旋轉(zhuǎn)中心與鏡筒28的光軸32一致。鏡筒28通過各種安裝方法被安裝于主體部箱體27。例如，在鏡筒28的上端部形成凸緣部29，將該凸緣部29螺栓固定在主體部箱體27的頂部。在鏡筒28的內(nèi)部設(shè)置有作為光束分離部的光束分離器74。光束分離器74具有透過可見光并且反射紅外光的功能。通過該光束分離器74，光軸32被分離為光軸38和光軸38’。
在鏡筒28的外周部設(shè)置有測(cè)距部4。測(cè)距部4具有作為發(fā)光部的脈沖激光光源31。在脈沖激光光源31和光束分離器74之間配置有開孔鏡33、變更激光的射束腰部直徑的射束腰部變更光學(xué)系統(tǒng)33’。這些脈沖激光光源31、射束腰部變更光學(xué)系統(tǒng)33’、開孔鏡33構(gòu)成了測(cè)距光源部。測(cè)距光源部的光軸與光軸38一致。開孔鏡33具有將脈沖激光通過孔部33a引導(dǎo)到光束分離器74，使從后述的目標(biāo)反射回來、被光束分離器74反射的反射激光朝向測(cè)距受光部39反射的作用。射束腰部變更光學(xué)系統(tǒng)33’具有變更激光的射束腰部直徑的作用，例如由凸透鏡和孔徑光闌、或者凸透鏡和凹透鏡、或焦距彼此不同的凸透鏡構(gòu)成。
脈沖激光光源31例如由半導(dǎo)體激光器構(gòu)成。脈沖激光光源31根據(jù)控制部6的控制，在規(guī)定的定時(shí)發(fā)出紅外脈沖激光。紅外脈沖激光通過射束腰部變更光學(xué)系統(tǒng)33’、開孔鏡33的孔部33a，被引導(dǎo)到光束分離器74。紅外脈沖激光由光束分離器74向高低角用轉(zhuǎn)動(dòng)鏡35反射。高低角用轉(zhuǎn)動(dòng)鏡35具有將從脈沖激光光源31發(fā)出的紅外脈沖激光向測(cè)定對(duì)象物100(參照?qǐng)D1)反射的作用。高低角用轉(zhuǎn)動(dòng)鏡35還起到將在垂直方向延伸的光軸32變換為沿水平方向延伸的投光光軸36的作用。在光束分離器74和高低角用轉(zhuǎn)動(dòng)鏡35之間的鏡筒28的內(nèi)部配置有聚光透鏡34。
來自后述的目標(biāo)的反射激光經(jīng)過高低角用轉(zhuǎn)動(dòng)鏡35、聚光透鏡34、光束分離器74、開孔鏡33被引導(dǎo)到測(cè)距受光部39。另外，參照光也通過內(nèi)部參照光路被引導(dǎo)到測(cè)距受光部39。根據(jù)直到反射激光被測(cè)距受光部39受光的時(shí)間、與直到參照光通過內(nèi)部參照光路被測(cè)距受光部39受光的時(shí)間差，可測(cè)定從三維形狀測(cè)定裝置1到測(cè)定對(duì)象物100的距離。
為了提高從三維形狀測(cè)定裝置1到測(cè)定對(duì)象物100的距離的精度，測(cè)距部4中在開孔鏡33與測(cè)距受光部39之間設(shè)置有衰減器39’。衰減器39’能使用公知的結(jié)構(gòu)，例如由轉(zhuǎn)盤39”和在該轉(zhuǎn)盤39”的外周部沿圓周方向隔開適當(dāng)間隔設(shè)置的濃度彼此不同的濾光器構(gòu)成。該衰減器39’用于降低因反射光量的飽和而引起的測(cè)定誤差。
鏡筒28內(nèi)，以光束分離器74為邊界在與聚光透鏡34相反一側(cè)設(shè)置有攝像部5。攝像部5具有圖像受光部43。圖像受光部43被設(shè)置在鏡筒28的底部。圖像受光部43由將多個(gè)像素集合排列為平面狀的器件、例如CCD構(gòu)成。圖像受光部43的各像素的位置由光軸38’確定。例如，將光軸38’作為原點(diǎn)、假定X-Y坐標(biāo)，作為該X-Y坐標(biāo)的點(diǎn)，定義了像素的位置。
[旋轉(zhuǎn)照射部8的結(jié)構(gòu)] 在主體部箱體27的上部設(shè)置有投光箱體41。該投光箱體41的周壁的一部分成為投光窗42。旋轉(zhuǎn)照射部8被收納在投光箱體41的內(nèi)部。如圖4所示，在凸緣部29上對(duì)置設(shè)置有一對(duì)鏡保持板47。在鏡保持板47上架設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)軸48。高低角用轉(zhuǎn)動(dòng)鏡35被固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸48上。在轉(zhuǎn)動(dòng)軸48的一端部嵌裝有高低角齒輪51。在轉(zhuǎn)動(dòng)軸48的另一端側(cè)設(shè)置有高低角檢測(cè)器52。高低角檢測(cè)器52檢測(cè)高低角用轉(zhuǎn)動(dòng)鏡35的轉(zhuǎn)動(dòng)角，并將檢測(cè)結(jié)果向控制部6輸出。
在鏡保持板47的一方安裝有高低角用驅(qū)動(dòng)馬達(dá)53。在高低角用驅(qū)動(dòng)馬達(dá)53的輸出軸嵌裝有驅(qū)動(dòng)齒輪54。驅(qū)動(dòng)齒輪54與高低角齒輪51嚙合。通過基于高低角檢測(cè)器52的檢測(cè)結(jié)果的控制部6的控制，可恰當(dāng)驅(qū)動(dòng)高低角用驅(qū)動(dòng)馬達(dá)53。
在投光箱體41的上部設(shè)置有瞄準(zhǔn)器/瞄準(zhǔn)門46。該瞄準(zhǔn)器/瞄準(zhǔn)門46用于概略瞄準(zhǔn)目標(biāo)。使用該瞄準(zhǔn)器/瞄準(zhǔn)門46的瞄準(zhǔn)方向是與光軸37延伸的方向及轉(zhuǎn)動(dòng)軸48延伸的方向正交的方向。
[控制部6的模塊電路結(jié)構(gòu)] 如圖5所示，控制部6被輸入來自水平角檢測(cè)器26、高低角檢測(cè)器52、傾斜傳感器56的檢測(cè)信號(hào)。而且，控制部6被輸入來自操作部57的操作指示信號(hào)。作業(yè)者通過對(duì)操作部57進(jìn)行操作，可對(duì)控制部6輸入三維形狀測(cè)定裝置1開始測(cè)定所必要的條件和其他指令等。另外，操作部57也可以設(shè)置在主體部箱體27的內(nèi)部。此外，操作部57也可以與主體部箱體27獨(dú)立設(shè)置，成為通過無線、有線等信號(hào)傳遞介質(zhì)，對(duì)控制部6發(fā)送遠(yuǎn)程操作指令的結(jié)構(gòu)?？刂撇?驅(qū)動(dòng)控制水平角用驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、高低角用驅(qū)動(dòng)馬達(dá)53、校平馬達(dá)17，并且驅(qū)動(dòng)控制對(duì)作業(yè)狀況、測(cè)定結(jié)果等進(jìn)行顯示的顯示部58。控制部6上可連接/分離地設(shè)置有存儲(chǔ)卡、HDD等外部存儲(chǔ)裝置59。
控制部6具有由CPU構(gòu)成的運(yùn)算部61；存儲(chǔ)為了進(jìn)行測(cè)距、高低角的檢測(cè)、水平角的檢測(cè)所必要的序列程序、運(yùn)算程序、執(zhí)行測(cè)定數(shù)據(jù)的處理的測(cè)定數(shù)據(jù)處理程序、進(jìn)行圖像處理的圖像處理程序、用于使顯示部58顯示數(shù)據(jù)的圖像顯示程序等各種程序、用于集中管理這些各種程序的集中管理程序等，并且存儲(chǔ)測(cè)定數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)等各種數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)部62；用于驅(qū)動(dòng)控制水平角用轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)20的水平驅(qū)動(dòng)部63；用于驅(qū)動(dòng)控制高低角用驅(qū)動(dòng)馬達(dá)53的高低驅(qū)動(dòng)部64；用于驅(qū)動(dòng)控制校平馬達(dá)17的校平驅(qū)動(dòng)部65；用于處理由測(cè)距部4取得的距離數(shù)據(jù)的距離數(shù)據(jù)處理部66；和處理由攝像部5取得的圖像數(shù)據(jù)的圖像數(shù)據(jù)處理部67等。
[目標(biāo)的結(jié)構(gòu)] 圖6是表示三維形狀測(cè)定用的目標(biāo)的主要部分的平面圖。在圖6中，符號(hào)110表示三維形狀測(cè)定用的目標(biāo)。目標(biāo)110在外側(cè)具有矩形框110a。以矩形框110a的對(duì)角線的交點(diǎn)Q為中心，設(shè)置有小圓110b。小圓110b被大圓110c包圍。大圓110c的中心與小圓110b一致。大圓110c被矩形框110a包圍。大圓110c和矩形框110a之間的反射區(qū)域部被設(shè)為反射率最低的低亮度反射區(qū)域部110d。低亮度反射區(qū)域部110d的顏色例如是黑色。
小圓110b和大圓110c之間的圓形周邊區(qū)域部被設(shè)為反射率最高的高亮度反射區(qū)域部110e。高亮度反射區(qū)域部110e例如由反射材料構(gòu)成，由當(dāng)被照射脈沖紅外激光時(shí)發(fā)亮的材料構(gòu)成。
由小圓110b包圍的圓形中心區(qū)域部，被設(shè)為具有反射率為低亮度反射區(qū)域部110d的反射率與高亮度反射區(qū)域部110e的反射率之間的反射率的中亮度反射區(qū)域部110f。該中亮度反射區(qū)域部110f的顏色例如是白色。在中亮度反射區(qū)域部110f的中心位置形成有具有與低亮度反射區(qū)域部110d的反射率同程度的反射率的十字標(biāo)記110g。該標(biāo)記110g的顏色例如是黑色。
在矩形框110a的各邊的中央形成有具有與中亮度反射區(qū)域部110f的反射率同程度的反射率的標(biāo)記110h。標(biāo)記110h的顏色例如是白色。標(biāo)記110g在近似從正面瞄準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)使用，標(biāo)記110h在從傾斜方向瞄準(zhǔn)目標(biāo)110時(shí)使用。
對(duì)于這些區(qū)域部的反射率的程度而言，例如若設(shè)低亮度反射區(qū)域部110d的反射率水平為“1”，則中亮度反射區(qū)域部110f的反射率水平為“100”，高亮度反射區(qū)域部110e的反射率水平為“1000”。
該目標(biāo)110被固定在測(cè)定對(duì)象物100而使用。即使測(cè)定對(duì)象物100上存在反射率高的地方，由于低亮度反射區(qū)域部110d和高亮度反射區(qū)域部110e的差大，所以能容易提取出高亮度反射區(qū)域部110e。中亮度反射區(qū)域部110f在測(cè)距時(shí)使用。該中亮度反射區(qū)域部110f起到對(duì)測(cè)距反射光的飽和進(jìn)行抑制的作用。
[目標(biāo)110的探索方法] 作為取得目標(biāo)110的概略位置的方法，有a)使用瞄準(zhǔn)器/瞄準(zhǔn)門46，直接瞄準(zhǔn)目標(biāo)110的方法；b)設(shè)定目標(biāo)110的探索范圍，利用紅外脈沖激光進(jìn)行目標(biāo)110的概略探索，使用通過概略探索而取得的探索數(shù)據(jù)，指定目標(biāo)110的概略位置的方法；c)設(shè)定目標(biāo)110的探索范圍，在該探索范圍內(nèi)進(jìn)行拍攝，根據(jù)由該拍攝而取得的圖像數(shù)據(jù)，指定目標(biāo)110的概略位置的方法。
三維形狀測(cè)定裝置1根據(jù)這些中任意方法，都能取得目標(biāo)110的概略位置，但是這里參照?qǐng)D7所示的流程圖，對(duì)使用了b的方法的情形進(jìn)行說明。
步驟S.1(目標(biāo)探索區(qū)域的設(shè)定) 這里，為了便于說明，參照?qǐng)D1，并代替圖1所示的以往的目標(biāo)103，而在測(cè)定對(duì)象物100上設(shè)置本發(fā)明的目標(biāo)110。
操作部57例如利用鼠標(biāo)指定探索區(qū)域。例如，指定圖1的探索區(qū)域E1。
步驟S.2(掃描間距的設(shè)定) 利用操作部57指定用于探索的掃描間距。針對(duì)水平方向和垂直方向，分別指定該掃描間距。根據(jù)三維形狀測(cè)定裝置1與目標(biāo)110的距離，來決定掃描間距的間距間隔。此外，在掃描間距的設(shè)定中考慮紅外脈沖激光的射束腰部直徑。
步驟S.3(執(zhí)行目標(biāo)探索) 在由步驟S.1中指定的探索區(qū)域內(nèi)進(jìn)行紅外脈沖激光的掃描，執(zhí)行目標(biāo)的探索。通過重復(fù)在縱向(垂直方向)掃描之后，在橫向(水平方向)實(shí)施掃描，來進(jìn)行該目標(biāo)的探索。
通過使高低角用轉(zhuǎn)動(dòng)鏡35轉(zhuǎn)動(dòng)，來執(zhí)行縱向的掃描，通過使主體部箱體27在水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)，來執(zhí)行橫向的掃描。紅外脈沖激光在1秒中射出幾千到幾萬發(fā)。射出的紅外脈沖激光被測(cè)定對(duì)象物100的各點(diǎn)反射而返回到三維形狀測(cè)定裝置1。從測(cè)定對(duì)象物100的各點(diǎn)反射的紅外脈沖激光(以下稱作反射光)由測(cè)距受光部39接收。測(cè)距受光部39向控制部6輸出該受光輸出。由于利用高低角檢測(cè)器52求出高低角用轉(zhuǎn)動(dòng)鏡35的高低角，利用水平角檢測(cè)器26求出主體部箱體27的水平角，所以能使水平角、高低角與測(cè)距受光部39的受光輸出一一對(duì)應(yīng)地建立關(guān)聯(lián)?？刂撇?根據(jù)來自測(cè)距受光部39的受光輸出，生成與反射光的強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的點(diǎn)群數(shù)據(jù)。
該點(diǎn)群數(shù)據(jù)如圖8所示，按照反射光的強(qiáng)度被賦予顏色，顯示在顯示部58的畫面上。例如，反射光的強(qiáng)度最強(qiáng)的點(diǎn)用紅色(在圖中，為了便于說明為白色)，反射光的強(qiáng)度最弱的點(diǎn)用藍(lán)色(在圖中，為了便于說明為黑色)，具有反射光的強(qiáng)度最強(qiáng)的顏色與反射光的強(qiáng)度最弱的點(diǎn)之間的反射光強(qiáng)度的點(diǎn)用黃色(在圖中，為了便于說明為白色與黑色中間的灰色)表示。另外，在圖8中，黑框111表示目標(biāo)的探索區(qū)。
步驟S.4(指定目標(biāo)110的概略中心位置) 接著，操作部57例如通過鼠標(biāo)，使光標(biāo)移動(dòng)到反射強(qiáng)度最強(qiáng)的地方，如圖9所示，指定目標(biāo)110的概略中心位置。進(jìn)行多個(gè)該目標(biāo)110的概略中心位置的指定。這里，指定13個(gè)目標(biāo)110的概略中心位置，按指定順序賦予連續(xù)編號(hào)(Target1、Target2、…、Target13)。
步驟S.5(開始目標(biāo)的探索) 接著，對(duì)操作部57進(jìn)行操作，開始目標(biāo)的探索。
步驟S.6(執(zhí)行目標(biāo)的粗探索目標(biāo)捕捉處理) 目標(biāo)的粗探索的執(zhí)行例如按照目標(biāo)110的指定順序進(jìn)行。由于控制部6在被指定的目標(biāo)110的概略位置的附近探索目標(biāo)110，所以，以微小角度間距使高低角用轉(zhuǎn)動(dòng)鏡35轉(zhuǎn)動(dòng)。水平方向的轉(zhuǎn)動(dòng)角度的間距在這里與目標(biāo)探索執(zhí)行時(shí)的間距相同。
圖10表示了通過步驟S.6的目標(biāo)探索的執(zhí)行而取得的點(diǎn)群數(shù)據(jù)。在該圖10中，表示了相對(duì)于所指定的目標(biāo)110的概略中心位置，目標(biāo)110的中心位置偏移的狀態(tài)。
步驟S.7(目標(biāo)探索范圍檢查目標(biāo)捕捉處理) 接著，控制部6設(shè)定所取得的所有點(diǎn)群數(shù)據(jù)的反射強(qiáng)度值的50％的閾值?？刂撇?從步驟S.6中得到的全部點(diǎn)群數(shù)據(jù)中提取出反射強(qiáng)度值為閾值(50％)以上的點(diǎn)群數(shù)據(jù)，計(jì)算出由反射強(qiáng)度值為閾值(50％)以上的點(diǎn)群數(shù)據(jù)構(gòu)成的矩形區(qū)域。例如如圖11所示那樣，取得包含反射強(qiáng)度值為閾值(50％)以上的點(diǎn)群數(shù)據(jù)的矩形區(qū)域112a。在圖11中，黑框112表示該矩形區(qū)域112a的外形輪廓線。
控制部6返回到步驟S.6，在比上次的目標(biāo)粗探索窄的區(qū)域中指定的黑框112內(nèi)，再次執(zhí)行目標(biāo)粗探索。由此，得到圖12所示的點(diǎn)群數(shù)據(jù)。接著，控制部6設(shè)定該第二次得到的全部點(diǎn)群數(shù)據(jù)的反射強(qiáng)度值的50％的閾值。然后，控制部6提取出圖12所示的全部點(diǎn)群數(shù)據(jù)的反射強(qiáng)度值為閾值(50％)以上的點(diǎn)群數(shù)據(jù)，計(jì)算出由反射強(qiáng)度值為閾值(50％)以上的點(diǎn)群數(shù)據(jù)構(gòu)成的矩形區(qū)域113a。這樣，如圖13所示那樣得到包含反射強(qiáng)度值為閾值(50％)以上的閾值的點(diǎn)群數(shù)據(jù)的矩形區(qū)域113a。在圖13中，符號(hào)113表示該矩形區(qū)域113a的外形輪廓線。通過重復(fù)該處理，包含反射強(qiáng)度值為閾值(50％)以上的點(diǎn)群數(shù)據(jù)的矩形區(qū)域113a收斂為一定狀態(tài)，不發(fā)生變化。由此，作為目標(biāo)110的范圍縮小的結(jié)束，控制部6轉(zhuǎn)移到步驟S.8。另外，能恰當(dāng)設(shè)定是否沒有矩形區(qū)域113a的變化的判定。
步驟S.8(反射強(qiáng)度值的檢查目標(biāo)捕捉處理) 接著，控制部6判斷點(diǎn)群數(shù)據(jù)的反射強(qiáng)度值的最大值是否為三維形狀測(cè)定裝置1能檢測(cè)的水平以上，即是否為飽和水平以上(是否發(fā)生暈影)。在點(diǎn)群數(shù)據(jù)的反射強(qiáng)度值的最大值為飽和水平以上時(shí)，控制部6驅(qū)動(dòng)衰減器39’，使由測(cè)距受光部39接收的受光光量的水平衰減。然后，控制部6回到步驟S.6，執(zhí)行步驟S.6、步驟S.7。
步驟S.9(平均距離檢查目標(biāo)捕捉處理) 在判斷為點(diǎn)群數(shù)據(jù)的反射強(qiáng)度的最大值低于飽和水平時(shí)，控制部6使用目標(biāo)110的黑區(qū)域和其周邊的區(qū)域(粗掃描的區(qū)域中反射強(qiáng)度低的地方)，計(jì)算出從三維形狀測(cè)定裝置1到目標(biāo)110的平均距離?？刂撇?根據(jù)計(jì)算出的平均距離，驅(qū)動(dòng)控制射束腰部變更光學(xué)系統(tǒng)33’，將紅外脈沖激光的束徑設(shè)定為適當(dāng)?shù)某叽纭＝又?，控制?再度執(zhí)行步驟S.6到步驟S.9的處理。由此，可通過三維形狀測(cè)定裝置1適當(dāng)捕捉目標(biāo)110。
步驟S.10(目標(biāo)詳細(xì)探索處理) 控制部6在執(zhí)行步驟S.6到步驟S.9的處理之后，轉(zhuǎn)移到目標(biāo)詳細(xì)探索。在縱向(鉛垂角方向)以基于最小的掃描間距的掃描進(jìn)行目標(biāo)詳細(xì)探索。橫向(水平方向)的掃描間距例如以與粗探索同樣的掃描間距進(jìn)行。由于水平方向的轉(zhuǎn)動(dòng)使主體部箱體27轉(zhuǎn)動(dòng)，所以需要花費(fèi)時(shí)間。圖14是這樣取得的目標(biāo)詳細(xì)探索的點(diǎn)群數(shù)據(jù)。
步驟S.11(中心坐標(biāo)決定處理) 控制部6使用如圖15B所示那樣取得的點(diǎn)群數(shù)據(jù)，執(zhí)行橢圓近似處理?？刂撇?首先如圖15A所示，將全部點(diǎn)群數(shù)據(jù)的反射強(qiáng)度中最小～最大水平進(jìn)行10分割，設(shè)定10％～90％的閾值。接著，如圖16所示，在縱向掃描點(diǎn)群數(shù)據(jù)，檢測(cè)作為目標(biāo)110的低亮度反射區(qū)域部110d與高亮度反射區(qū)域部110e的邊界區(qū)域的邊緣(輪廓線)。使用縱向的點(diǎn)群數(shù)據(jù)是因?yàn)樵擖c(diǎn)群數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)比橫向多很多。即，通過在縱向掃描點(diǎn)群數(shù)據(jù)，能提高邊緣的檢測(cè)的分辨率。在圖16中，符號(hào)114表示由縱向的掃描得到的邊緣的各點(diǎn)。
接著，控制部6根據(jù)邊緣的各點(diǎn)，進(jìn)行橢圓近似處理。橢圓近似處理中使用以下的一般式。
[數(shù)學(xué)式1] 這里，符號(hào)φ是相對(duì)于通過橢圓中心(x0，y0)的長(zhǎng)徑方向線，各點(diǎn)所成的角度。該一般式可改寫為以下的線性形式。
[數(shù)學(xué)式2] Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+1＝0 這里，x是水平角(H)，y是鉛垂角(V)?？刂撇?使用最小二乘法，計(jì)算出A～E各參數(shù)系數(shù)。
控制部6接著用以下的公式求出橢圓115的中心。圖17表示以閾值水平Th＝10％進(jìn)行橢圓近似處理而取得的橢圓115、和其中心位置。
[數(shù)學(xué)式3] 從Th＝閾值水平20％～閾值水平90％，離散地重復(fù)這樣的橢圓近似處理。由此，如圖15A所示，計(jì)算出9個(gè)中心位置115a～115i。根據(jù)Th＝閾值水平的不同，橢圓的中心位置會(huì)變動(dòng)，但如圖15A所示，存在中心位置的偏差小的閾值水平Th的范圍。使用該中心位置的偏差小的閾值水平Th，最終決定目標(biāo)110的中心位置坐標(biāo)。這里，使用中心位置的偏差小的閾值水平Th＝30％～70％的閾值的中心位置，決定中心位置坐標(biāo)。
步驟S.12(目標(biāo)110的尺寸檢查) 預(yù)先在存儲(chǔ)部62中登錄所使用的目標(biāo)的尺寸(直徑)?？刂撇?在決定了橢圓115的中心位置之后，計(jì)算出目標(biāo)110的尺寸(直徑)?？刂撇?比較所登錄的目標(biāo)110的尺寸和計(jì)算出的目標(biāo)的尺寸，在所登錄的目標(biāo)110的尺寸和計(jì)算出的目標(biāo)的尺寸不在規(guī)定范圍中時(shí)，重復(fù)步驟S.6～步驟S.12的處理。另外，把計(jì)算出的中心位置、橢圓的長(zhǎng)徑、短徑代入到規(guī)定的數(shù)學(xué)公式，求出目標(biāo)的直徑的尺寸(直徑)。由此，能檢查捕捉到的目標(biāo)的真?zhèn)巍?br> 步驟S.13(測(cè)距處理) 接著，控制部6驅(qū)動(dòng)控制衰減器39’，以使紅外脈沖光的反射光量的強(qiáng)度變得恰當(dāng)。然后，控制部6根據(jù)測(cè)距受光部39的受光輸出，執(zhí)行多次測(cè)距，取得多個(gè)測(cè)距數(shù)據(jù)。由于目標(biāo)110的中亮度反射區(qū)域部110f比高亮度反射區(qū)域部110e的亮度低，所以反射光量小，能得到精度良好的測(cè)距值。
目標(biāo)110的中心位置的水平角(H)、鉛垂角(V)、距離D由控制部6變換為公共測(cè)量用的三維坐標(biāo)，保存到存儲(chǔ)部62中。
步驟S.14(判斷有無下一個(gè)目標(biāo)的中心位置取得處理的執(zhí)行繼續(xù)) 如果針對(duì)目標(biāo)編號(hào)001結(jié)束了步驟S.14的處理，則控制部6回到步驟S.6，針對(duì)目標(biāo)編號(hào)002，執(zhí)行從步驟S.6到步驟S.14的處理。控制部6針對(duì)全部的目標(biāo)110，執(zhí)行這些從步驟S.6到步驟S.14的處理，計(jì)算出全部目標(biāo)110的中心位置的水平角(H)、鉛垂角(V)、距離D，并將其變換為公共測(cè)量用的三維坐標(biāo)，存儲(chǔ)到存儲(chǔ)部62。
步驟S.15(正式掃描的執(zhí)行) 接著，控制部6針對(duì)測(cè)定對(duì)象物的探索區(qū)域E1執(zhí)行正式掃描。由此，取得多個(gè)點(diǎn)群數(shù)據(jù)。以目標(biāo)110的中心位置為基準(zhǔn)位置，對(duì)這些取得的點(diǎn)群數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)變換。
步驟S.16(合成處理) 控制部6針對(duì)剩下的各掃描區(qū)域，執(zhí)行這些目標(biāo)探索處理、正式掃描。接著，如果這些目標(biāo)探索掃描、正式掃描的執(zhí)行結(jié)束，則控制部6以目標(biāo)110的中心位置為基準(zhǔn)位置，對(duì)測(cè)定對(duì)象物100的各點(diǎn)群數(shù)據(jù)執(zhí)行合成處理。通過這一系列的處理，可得到與測(cè)定對(duì)象物100的三維形狀對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值。由于這些步驟S.15、S.16的處理已公知，所以省略詳細(xì)的說明。
該三維形狀測(cè)定裝置1可根據(jù)由圖像受光部43取得的圖像和由點(diǎn)群數(shù)據(jù)得到的三維坐標(biāo)，進(jìn)行圖像的中心位置和點(diǎn)群數(shù)據(jù)的中心位置的標(biāo)定作業(yè)。
這里，由于目標(biāo)110的大圓110c和小圓110b之間是反射率最高的高亮度反射區(qū)域部110e，所以通過探索，能容易求出目標(biāo)110的概略位置。
而且，當(dāng)利用三維形狀測(cè)定裝置指定目標(biāo)的概略位置時(shí)，由于可使用利用瞄準(zhǔn)器/瞄準(zhǔn)門46直接瞄準(zhǔn)，指定目標(biāo)110的概略位置的方法；使用基于探索掃描的畫面上的點(diǎn)群數(shù)據(jù)，指定目標(biāo)110的方法；將由圖像受光部43拍攝的數(shù)字圖像在進(jìn)行圖像處理之后，顯示到畫面上，使用在畫面上顯示的圖像，指定目標(biāo)的概略位置的方法中任意一個(gè)，所以，操作性提高。
以上，根據(jù)附圖，詳細(xì)描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但實(shí)施例只不過是本發(fā)明的例示，本發(fā)明并不只由實(shí)施例的結(jié)構(gòu)限定。因此，不脫離本發(fā)明宗旨的范圍的設(shè)計(jì)變更等，當(dāng)然也包含在本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1.一種目標(biāo)，設(shè)置于測(cè)定對(duì)象物，用于得到點(diǎn)群數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)值，其特征在于，
具有被框包圍且具有目標(biāo)中心的小圓、和被所述框包圍且與所述小圓的中心同心地包圍所述小圓的大圓，所述框和所述大圓之間的反射區(qū)域部是反射率最低的低亮度反射區(qū)域部，所述大圓和所述小圓之間的圓形周邊區(qū)域部是反射率最高的高亮度反射區(qū)域部，所述小圓內(nèi)側(cè)的圓形中心區(qū)域部是具有反射率比所述低亮度反射區(qū)域部的反射率高、比所述高亮度反射區(qū)域部的反射率低的中間反射率的中亮度反射區(qū)域部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的目標(biāo)，其特征在于，
在所述小圓的目標(biāo)中心的位置形成有具有與所述低亮度反射區(qū)域部的反射率同程度的反射率的標(biāo)記。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的目標(biāo)，其特征在于，
在所述框的各邊的中央形成有具有與所述中亮度反射區(qū)域部的反射率同程度的反射率的標(biāo)記。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的目標(biāo)，其特征在于，
所述中亮度反射區(qū)域部在測(cè)距中使用。
5.一種三維形狀測(cè)定裝置，其特征在于，具有向配置有權(quán)利要求1所述的目標(biāo)的測(cè)定對(duì)象物射出脈沖激光的發(fā)光部；用于在水平方向掃描所述測(cè)定對(duì)象物的驅(qū)動(dòng)部；用于在垂直方向掃描所述測(cè)定對(duì)象物的驅(qū)動(dòng)部；通過所述水平方向及垂直方向的掃描計(jì)算出權(quán)利要求1所述的目標(biāo)的中心坐標(biāo)和到該目標(biāo)的距離，并計(jì)算出權(quán)利要求1所述的目標(biāo)的中心位置的三維坐標(biāo)，并且根據(jù)計(jì)算出的該目標(biāo)的中心位置的三維坐標(biāo)，對(duì)通過掃描所述測(cè)定對(duì)象物而得到的點(diǎn)群數(shù)據(jù)進(jìn)行合成處理的控制部；和所述測(cè)定對(duì)象物的拍攝用的圖像受光部；
所述控制部執(zhí)行利用所述脈沖激光掃描所述測(cè)定對(duì)象物的探索區(qū)域，根據(jù)包含從所述測(cè)定對(duì)象物的各點(diǎn)得到的反射激光、從權(quán)利要求1所述的目標(biāo)的各點(diǎn)得到的反射激光的點(diǎn)群數(shù)據(jù)，探索權(quán)利要求1所述的目標(biāo)的目標(biāo)探索處理步驟；根據(jù)由該目標(biāo)探索處理步驟得到的點(diǎn)群數(shù)據(jù)，指定目標(biāo)探索范圍，根據(jù)通過掃描該目標(biāo)探索范圍而得到的點(diǎn)群數(shù)據(jù)，捕捉目標(biāo)的概略位置的捕捉處理步驟；根據(jù)由該捕捉處理步驟得到的目標(biāo)的概略位置，詳細(xì)探索目標(biāo)，取得點(diǎn)群數(shù)據(jù)的詳細(xì)探索處理步驟；根據(jù)由該詳細(xì)探索處理步驟得到的點(diǎn)群數(shù)據(jù)的反射激光的強(qiáng)度，提取出權(quán)利要求1所述的目標(biāo)的高亮度區(qū)域部與低亮度區(qū)域部之間的邊緣，利用橢圓近似處理求出該目標(biāo)的中心坐標(biāo)的中心坐標(biāo)決定處理步驟；和測(cè)量到所述目標(biāo)的距離的測(cè)距處理步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三維形狀測(cè)定裝置，其特征在于，
所述控制部對(duì)通過所述詳細(xì)探索處理步驟的處理而得到的點(diǎn)群數(shù)據(jù)的反射激光的強(qiáng)度值，設(shè)定多個(gè)閾值水平，使用對(duì)各閾值水平執(zhí)行橢圓近似處理而得到的多個(gè)橢圓的中心坐標(biāo)中偏差小的中心坐標(biāo)，決定所述目標(biāo)的中心坐標(biāo)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三維形狀測(cè)定裝置，其特征在于，
所述控制部在所述捕捉處理步驟中取得點(diǎn)群數(shù)據(jù)時(shí)，以規(guī)定的比率使來自所述測(cè)定對(duì)象物的反射激光衰減，再執(zhí)行所述捕捉處理步驟，由此取得點(diǎn)群數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三維形狀測(cè)定裝置，其特征在于，
所述控制部在所述捕捉處理步驟中測(cè)量到所述目標(biāo)的距離，根據(jù)測(cè)距結(jié)果，變更所述脈沖激光的聚束光直徑，再執(zhí)行所述捕捉處理步驟，由此取得點(diǎn)群數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的三維形狀測(cè)定裝置，其特征在于，
所述控制部縱向掃描所述點(diǎn)群數(shù)據(jù)，執(zhí)行所述邊緣的提取。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的三維形狀測(cè)定裝置，其特征在于，
所述控制部比較預(yù)先登錄的目標(biāo)的尺寸和由詳細(xì)探索得到的目標(biāo)的尺寸，進(jìn)行是否是目標(biāo)的檢查。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的三維形狀測(cè)定裝置，其特征在于，
按照到測(cè)定對(duì)象物的距離，準(zhǔn)備多個(gè)所使用的目標(biāo)的尺寸。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的三維形狀測(cè)定裝置，其特征在于，
具有圖像受光部，控制部根據(jù)由所述圖像受光部得到的圖像和由點(diǎn)群數(shù)據(jù)得到的三維坐標(biāo)，執(zhí)行圖像的中心位置和點(diǎn)群數(shù)據(jù)的中心位置的標(biāo)定作業(yè)。
全文摘要
提供當(dāng)從斜向計(jì)測(cè)時(shí)，也不損害圓形中心區(qū)域部的中心坐標(biāo)的測(cè)定精度，可成為緊湊的結(jié)構(gòu)，且容易瞄準(zhǔn)的三維計(jì)測(cè)用目標(biāo)及使用該目標(biāo)的三維形狀測(cè)定裝置。本發(fā)明的目標(biāo)(110)具有矩形框(110a)、由矩形框包圍且在與對(duì)角線的交點(diǎn)(Q)相同的位置具有中心的小圓(110b)、由矩形框包圍且與小圓的中心同心地包圍小圓的大圓(110c)。矩形框和大圓之間的反射區(qū)域部是反射率最低的低亮度反射區(qū)域部(110d)。大圓和小圓之間的圓形周邊區(qū)域部是反射率最高的高亮度反射區(qū)域部(110e)。小圓的內(nèi)側(cè)的圓形中心區(qū)域部是具有反射率為低亮度反射區(qū)域部的反射率與高亮度反射區(qū)域部的反射率之間的中間反射率的中亮度反射區(qū)域部(110f)。
文檔編號(hào)G01B11/24GK101520514SQ20091011861
公開日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2009年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月28日
發(fā)明者大谷仁志, 伊藤忠之 申請(qǐng)人:株式會(huì)社拓普康