專利名稱：用于顯示被觀察物體的表面的三維視圖的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)的主g涉及用于顯示被觀察物體的表面的三維視圖的方法和裝置。
背景技術(shù)：
例如視頻內(nèi)窺鏡等視頻檢查裝置可以用于檢查被觀察物體的表面來(lái)識(shí)別并且分析可由物體的損壞或磨損引起的該表面上的不規(guī)則。在許多情況下，該表面是不能接近的并且在不使用視頻檢查裝置的情況下無(wú)法被觀察。例如，視頻內(nèi)窺鏡可以用于檢查飛行器或功率產(chǎn)生單元上的渦輪機(jī)引擎的葉片的表面來(lái)識(shí)別可能已經(jīng)在該表面上形成的任何不 規(guī)則以確定是否需要任何修理或進(jìn)ー步維護(hù)。為了做出該評(píng)估，通常必須獲得表面和不規(guī)則的高度準(zhǔn)確的尺寸測(cè)量來(lái)證實(shí)不規(guī)則沒(méi)有超出或落在該物體的操作極限或要求的規(guī)格以外。為了確定表面上的不規(guī)則的尺寸，視頻檢查裝置可以用于獲得并且顯示被觀察物體的表面(其表現(xiàn)出不規(guī)則)的ニ維圖像。表面的該ニ維圖像可以用于生成表面的三維數(shù)據(jù)(例如，采用地圖的形式)，其提供該表面(其包括該表面上的感興趣區(qū)域，例如靠近不規(guī)則)上的多個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)(例如，(X，y, Z))。在ー些視頻檢查裝置中，操作者可以采用測(cè)量模式操作視頻檢查裝置來(lái)進(jìn)入測(cè)量屏幕，其中操作者將光標(biāo)放置在感興趣區(qū)域中的ニ維圖像上來(lái)確定不規(guī)則的幾何尺寸。在許多情況下，難以從ニ維圖像評(píng)估被觀察特征的輪廓，從而使得難以將光標(biāo)高度準(zhǔn)確地放置在感興趣區(qū)域中。例如，當(dāng)嘗試測(cè)量凹痕或坑的深 度時(shí)，可能難以從ニ維圖像確定該凹痕或坑中最深點(diǎn)的定位。為了提供給操作者關(guān)于感興趣區(qū)域的額外信息，ー些視頻檢查裝置提供點(diǎn)云視圖，該點(diǎn)云視圖是被觀察物體在可以圍繞視頻檢查裝置的視場(chǎng)的原點(diǎn)(其典型地靠近探頭的尖部)被操縱(例如，旋轉(zhuǎn)、變焦、搖攝)的圖像中的渲染三維表面模型，。當(dāng)感興趣區(qū)域與表面的全圖像相比相對(duì)小時(shí)，或當(dāng)感興趣區(qū)域遠(yuǎn)離視場(chǎng)的原點(diǎn)時(shí)，全圖像的點(diǎn)云視圖在提供感興趣區(qū)域要求的細(xì)節(jié)層次方面不總是有效的。在那些情況下，全圖像的點(diǎn)云視圖可在它圍繞視場(chǎng)的原點(diǎn)被操縱時(shí)因?yàn)榇蟛糠值娜S數(shù)據(jù)與感興趣區(qū)域(其可能相對(duì)遠(yuǎn)離探頭的尖部)不相關(guān)而缺乏足夠的細(xì)節(jié)并且可能變得不實(shí)用。由ー些視頻檢查裝置采用的另ー個(gè)技術(shù)是使用點(diǎn)云視圖，其中使三維表面模型彩色化來(lái)形成深度圖色標(biāo)。在彩色化的點(diǎn)云視圖中，每個(gè)顏色與離探頭的尖部的距離關(guān)聯(lián)，而不使用例如與表面上的每個(gè)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的ニ維圖像信息。全圖像的點(diǎn)云視圖的該彩色化渲染使得由于由整個(gè)視圖覆蓋的大面積和范圍而難以檢查感興趣區(qū)域中的小的細(xì)節(jié)。因此，存在需要提供感興趣區(qū)域中的增強(qiáng)的細(xì)節(jié)以能夠更準(zhǔn)確地檢查和測(cè)量。上文的論述只對(duì)于一般背景信息提供并且不意在用作確定被要求保護(hù)的主旨的范圍的輔助手段。

發(fā)明內(nèi)容
公開(kāi)用于顯示被觀察物體的表面的三維視圖的方法和裝置，其中確定并且顯示來(lái)自感興趣區(qū)域中被觀察物體的整個(gè)圖像的三維數(shù)據(jù)子集來(lái)提供該感興趣區(qū)域中增強(qiáng)的細(xì)節(jié)?？稍谠摲椒ê脱b置的一些公開(kāi)實(shí)施例的實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)是更準(zhǔn)確的檢查和測(cè)量。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，公開(kāi)用于顯示被觀察物體的表面的三維視圖的方法。該方法包括以下步驟獲得并且顯示被觀察物體的表面的圖像；確定被觀察物體的表面上的多個(gè)表面點(diǎn)的在第一坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)；在被觀察物體的表面上選擇多個(gè)測(cè)量點(diǎn)；基于靠近這些多個(gè)測(cè)量點(diǎn)中的ー個(gè)或多個(gè)的多個(gè)表面點(diǎn)中的三個(gè)或以上的在第一坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)確定參考表面；基于該參考表面以及這些多個(gè)測(cè)量點(diǎn)建立不同于該第一坐標(biāo)系的第二坐標(biāo)系；將這些多個(gè)表面點(diǎn)在第一坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為第二坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)；確定在被觀察物體的表面上的感興趣區(qū)域內(nèi)的多個(gè)表面點(diǎn)的子集，其中該感興趣區(qū)域基于這些多個(gè)測(cè)量點(diǎn)；以及在第二坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)中顯示多個(gè)表面點(diǎn)的該子集的渲染三維視圖。在另ー個(gè)示范性實(shí)施例中，用于顯示被觀察物體的表面的三維視圖的方法包括以下步驟獲得并且顯示被觀察物體的表面的圖像；確定被觀察物體的表面上的多個(gè)表面點(diǎn)的在第一坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)；在被觀察物體的表面上選擇多個(gè)測(cè)量點(diǎn)；基于這些多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的定位確定多個(gè)表面點(diǎn)的子集；顯示這些多個(gè)表面點(diǎn)的該子集的渲染三維視圖；以及 在該渲染三維視圖中顯示這些多個(gè)測(cè)量點(diǎn)。在再另ー個(gè)示范性實(shí)施例中，公開(kāi)用于顯示被觀察物體的表面的三維視圖的裝置。該裝置包括成像器，用于獲得被觀察物體的表面的圖像；監(jiān)視器，用于顯示被觀察物體的表面的圖像；定點(diǎn)裝置，用于在被觀察物體的表面上選擇多個(gè)測(cè)量點(diǎn)；中央處理器單元，用于確定被觀察物體的表面上的多個(gè)表面點(diǎn)的在第一坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)、基于第一坐標(biāo)系中靠近這些多個(gè)測(cè)量點(diǎn)中的ー個(gè)或多個(gè)的多個(gè)表面點(diǎn)中的三個(gè)或以上的三維坐標(biāo)確定參考表面、基于該參考表面以及這些多個(gè)測(cè)量點(diǎn)建立不同于該第一坐標(biāo)系的第二坐標(biāo)系、將這些多個(gè)表面點(diǎn)在第一坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為第二坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)，以及確定在被觀察物體的表面上的感興趣區(qū)域內(nèi)多個(gè)表面點(diǎn)的子集(其中該感興趣區(qū)域基于這些多個(gè)測(cè)量點(diǎn))，以及在第二坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)中顯示多個(gè)表面點(diǎn)的該子集的渲染三維視圖。本發(fā)明的簡(jiǎn)要說(shuō)明只意在根據(jù)ー個(gè)或多個(gè)說(shuō)明性實(shí)施例提供對(duì)本文公開(kāi)的主旨的簡(jiǎn)要概述，并且不起到解釋權(quán)利要求或起到限定或限制本發(fā)明的范圍的指導(dǎo)的作用，本發(fā)明的范圍僅由附上的權(quán)利要求限定。提供該簡(jiǎn)要描述以采用簡(jiǎn)化的形式引入概念的說(shuō)明性選擇，其在下文在詳細(xì)說(shuō)明中進(jìn)ー步描述。該簡(jiǎn)要說(shuō)明不意在識(shí)別被要求保護(hù)的主旨的關(guān)鍵特征或基本特征，也不意在用作確定被要求保護(hù)的主g的范圍的輔助手段。被要求保護(hù)的主g不限于解決在背景中指出的任何或全部劣勢(shì)的實(shí)現(xiàn)。


因此，可以理解本發(fā)明的特征所采用的方式，可通過(guò)參考某些實(shí)施例(其的ー些在附圖中說(shuō)明)來(lái)提供本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明。然而，要注意，圖只圖示本發(fā)明的某些實(shí)施例并且因此不視為它的范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明的范圍包含其他同等有效的實(shí)施例。圖不必按比例繪制，重點(diǎn)一般放在圖示本發(fā)明的某些實(shí)施例的特征上。在圖中，類似的符號(hào)用于指示貫穿各種圖的類似的部件。從而，為了進(jìn)ー步理解本發(fā)明，可以參考連同圖閱讀的下列詳細(xì)說(shuō)明，其中圖I是本發(fā)明的示范性實(shí)施例中視頻檢查裝置的框圖；圖2是在本發(fā)明的示范性實(shí)施例中由視頻檢查裝置獲得的具有不規(guī)則的被觀察物體的表面的圖像；圖3是在本發(fā)明的示范性實(shí)施例中用于顯示用于檢查在圖2的圖像中示出的被觀察物體的表面的三維數(shù)據(jù)的方法的流程圖；以及圖4是多個(gè)表面點(diǎn)的子集在點(diǎn)云視圖中的顯示。
具體實(shí)施例方式公開(kāi)用于顯示被觀察物體的表面的三維視圖的方法和裝置，其中確定并且顯示來(lái)自感興趣區(qū)域中被觀察物體的整個(gè)圖像的三維數(shù)據(jù)的子集來(lái)提供該感興趣區(qū)域中的增強(qiáng) 的細(xì)節(jié)。可在該方法和裝置的一些公開(kāi)實(shí)施例的實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)是更準(zhǔn)確的檢查和測(cè)量。圖I是在本發(fā)明的示范性實(shí)施例中的視頻檢查裝置100的框圖。將理解在圖I中示出的該視頻檢查裝置100是示范性的并且本發(fā)明的范圍不限于任何特定視頻檢查裝置100或視頻檢查裝置100內(nèi)的部件的任何特定配置。視頻檢查裝置100可以包括拉長(zhǎng)的探頭102，其包括插入管110和設(shè)置在該插入管110的遠(yuǎn)端的頭組件120。插入管110可以是柔韌的管形截面，頭組件120和探頭電子設(shè)備140之間的所有互連穿過(guò)該該管形截面。頭組件120可以包括探頭光學(xué)器件122，用于將來(lái)自被觀察物體202的光引導(dǎo)并且聚焦到成像器124上。該探頭光學(xué)器件122可以包括例如單透鏡或具有多個(gè)部件的透鏡。成像器124可以是固態(tài)CXD或CMOS圖像傳感器，用于獲得被觀察物體202的圖像。能拆分的端部或適配器130可以放置在頭組件120的遠(yuǎn)端上。該能拆分的端部130可以包括端部觀察光學(xué)器件132(例如,透鏡、窗ロ或光圈)，其結(jié)合探頭光學(xué)器件122工作以將來(lái)自被觀察物體202的光引導(dǎo)并且聚焦到成像器124上。該能拆分的端部130還可以包括照明LED(未示出)(如果用于視頻檢查裝置100的光源從端部130發(fā)光)或包括用于將來(lái)自探頭102的光傳遞到被觀察物體202的光傳遞元件(未示出)。端部130還可以通過(guò)包括波導(dǎo)(例如，棱鏡)用于將攝像機(jī)視野和光輸出轉(zhuǎn)向側(cè)面而提供側(cè)面觀察的能力。端部130還可提供立體景深光學(xué)器件或結(jié)構(gòu)化光投影元件用于在確定被觀察表面的三維數(shù)據(jù)中使用。可以包括在端部130中的元件還可以包括在探頭102自身中。成像器124可以包括在多個(gè)行和列中形成的多個(gè)像素并且可以采用代表入射在成像器124的每個(gè)像素上的光的模擬電壓的形式生成圖像信號(hào)。這些圖像信號(hào)可以傳播通過(guò)成像器混合設(shè)備126到成像器線束112，該成像器混合設(shè)備126提供用于信號(hào)緩沖和調(diào)節(jié)的電子設(shè)備，該成像器線束112在成像器混合設(shè)備126和成像器接ロ電子設(shè)備142之間提供用于控制和視頻信號(hào)的導(dǎo)線。該成像器接ロ電子設(shè)備142可以包括電源、用于生成成像器時(shí)鐘信號(hào)的定時(shí)發(fā)生器、用于數(shù)字化成像器視頻輸出信號(hào)的模擬前端和用于將數(shù)字化的成像器視頻數(shù)據(jù)處理成更有用的視頻格式的數(shù)字信號(hào)處理器。成像器接ロ電子設(shè)備142是探頭電子設(shè)備140的部分，該探頭電子設(shè)備140提供用于操作視頻檢查裝置100的功能集。該探頭電子設(shè)備140還可以包括校準(zhǔn)存儲(chǔ)器144，其存儲(chǔ)探頭102和/或端部130的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。微控制器146也可以包括在該探頭電子設(shè)備140中用干與成像器接ロ電子設(shè)備142通信來(lái)確定并且設(shè)置増益與曝光設(shè)定值、用于存儲(chǔ)以及讀取來(lái)自校準(zhǔn)存儲(chǔ)器144的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、用于控制輸送到被觀察物體202的光以及用于與視頻檢查裝置100的CPU150通信。除與微控制器146通信外，成像器接ロ電子設(shè)備142還可以與ー個(gè)或多個(gè)視頻處理器160通信。該視頻處理器160可以接收來(lái)自成像器接ロ電子設(shè)備142的視頻信號(hào)并且將信號(hào)輸出到各種監(jiān)視器170、172,其包括一體式顯不器170或外部監(jiān)視器172。該一體式顯示器170可以是嵌入視頻檢查裝置100內(nèi)用于向檢查員顯示各種圖像或數(shù)據(jù)(例如，被觀察物體202的圖像、菜單、光標(biāo)、測(cè)量結(jié)果)的IXD屏幕。該外部監(jiān)視器172可以是連接到視頻檢查裝置100用于顯示各種圖像或數(shù)據(jù)的視頻監(jiān)視器或計(jì)算機(jī)型的監(jiān)視器。視頻處理器160可以向CPU150提供命令、狀態(tài)信息、視頻流、靜態(tài)視頻圖像和圖形疊加和/或從CPU150接收命令、狀態(tài)信息、視頻流、靜態(tài)視頻圖像和圖形疊加，并且可由FPGA、DSP或提供例如圖像捕獲、圖像增強(qiáng)、圖形疊加合并、失真校正、幀平均、縮放、數(shù)字變焦、疊加、合并、翻轉(zhuǎn)、運(yùn)動(dòng)探測(cè)以及視頻格式轉(zhuǎn)換和壓縮等功能的其他處理元件組成。
CPU150除提供包括圖像、視頻和音頻存儲(chǔ)和再調(diào)用功能、系統(tǒng)控制和測(cè)量處理等許多其他功能的宿主外還可以用于通過(guò)經(jīng)由操縱桿180、按鈕182、小鍵盤(pán)184和/或麥克風(fēng)186接收輸入來(lái)管理用戶界面。操縱桿180可以由操作者操縱來(lái)進(jìn)行例如菜單選擇、光標(biāo)移動(dòng)、滑動(dòng)塊調(diào)整和探頭102的清晰度控制等操作，并且可包括按壓按鈕功能。按鈕182和/或小鍵盤(pán)184還可以用于菜單選擇以及用于向CPU150提供用戶命令(例如，凍結(jié)或保存靜態(tài)圖像)。麥克風(fēng)186可以由檢查員使用來(lái)提供語(yǔ)音指令以凍結(jié)或保存靜態(tài)圖像。視頻處理器160還可以與視頻存儲(chǔ)器162通信，該視頻存儲(chǔ)器162由視頻處理器160使用用于在處理期間進(jìn)行幀緩沖以及暫時(shí)保存數(shù)據(jù)。CPU150還可以與CPU程序存儲(chǔ)器152通信用于存儲(chǔ)由CPU150執(zhí)行的程序。另外，CPU150可以與易失性存儲(chǔ)器154(例如，RAM)和非易失性存儲(chǔ)器156 (例如，閃速存儲(chǔ)器裝置、硬驅(qū)動(dòng)器、DVD或EPROM存儲(chǔ)器裝置)通信。該非易失性存儲(chǔ)器156是對(duì)于視頻流和靜態(tài)圖像的主要存儲(chǔ)。CPU150還可以與計(jì)算機(jī)I/O接ロ 158通信，該計(jì)算機(jī)I/O接ロ 158向例如USB、火線(Fifewire)、以太網(wǎng)、音頻I/O和無(wú)線收發(fā)器等外圍裝置和網(wǎng)絡(luò)提供各種接ロ。該計(jì)算機(jī)I/O接ロ 158可以用于保存、再調(diào)用、傳送和/或接收靜態(tài)圖像、視頻流或音頻。例如，USB “拇指驅(qū)動(dòng)器”或緊湊型閃速存儲(chǔ)器卡可以插入計(jì)算機(jī)I/O接ロ 158。另外，視頻檢查裝置100可以配置成發(fā)送視頻流數(shù)據(jù)或圖像數(shù)據(jù)的幀到外部計(jì)算機(jī)或服務(wù)器。視頻檢查裝置100可以包含TCP/IP通信協(xié)議棧并且可以包含在廣域網(wǎng)(其包括多個(gè)本地和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī))中，這些計(jì)算機(jī)的每個(gè)還包含TCP/IP通信協(xié)議套件。隨著包含TCP/IP協(xié)議套件，視頻檢查裝置100包含若干傳輸層協(xié)議(其包括TCP和UDP)以及若干不同的層協(xié)議(其包括HTTP 和 FTP)。圖2是在本發(fā)明的示范性實(shí)施例中由視頻檢查裝置100獲得的具有不規(guī)則204的被觀察物體202的表面210的圖像200。在該示例中，該不規(guī)則204示出為凹痕，其中材料已經(jīng)通過(guò)損壞或磨損在不規(guī)則204中從被觀察物體202的表面210去除。將理解在該示范性實(shí)施例中示出的不規(guī)則204只是示例并且該發(fā)明性的方法適用于其他類型的不規(guī)則(例如，裂紋、點(diǎn)蝕坑、涂層損耗、表面沉積等)。一旦獲得圖像200，并且識(shí)別不規(guī)則204，圖像200可以用于確定不規(guī)則204的尺寸(例如，高度或深度、長(zhǎng)度、寬度、面積、體積、點(diǎn)到線、剖面切片等)。在一個(gè)實(shí)施例中，使用的圖像200可以是被觀察物體202的表面210 (其包括不規(guī)則204)的ニ維圖像200。圖3是在本發(fā)明的示范性實(shí)施例中用于顯示用于檢查在圖2的圖像200中示出的被觀察物體202的表面210的三維數(shù)據(jù)的方法的流程圖。將理解在圖3的流程圖中描述的步驟可以采用與在流程圖中示出的不同的順序進(jìn)行并且對(duì)于某些實(shí)施例不是所有的步驟
都需要。在步驟300，并且如在圖2中示出的，操作者可以使用視頻檢查裝置100來(lái)獲得具有不規(guī)則204的被觀察物體202的表面210的圖像200，并且將它顯示在視頻監(jiān)視器(例如，一體式顯示器170或外部監(jiān)視器172)上。在步驟310，視頻檢查裝置100的CPU150可以確定被觀察物體202的表面210 (其包括不規(guī)則204)上的多個(gè)表面點(diǎn)的在第一坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)(xiS1，yiS1，ziS1)。若干不同 的現(xiàn)有技術(shù)可以用于提供表面210的圖像200上的點(diǎn)的三維坐標(biāo)(例如，立體景深掃描系統(tǒng)、例如相移、相移莫阿條紋、激光點(diǎn)投影等結(jié)構(gòu)化光方法)。大部分這樣的技術(shù)包括使用校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，其除了其他事物外還包括用于降低三維坐標(biāo)中的誤差(其將以別的方式由光學(xué)失真引起)的光學(xué)特性數(shù)據(jù)。利用一些技術(shù)，可使用在緊密接近的時(shí)間中捕獲的ー個(gè)或多個(gè)圖像(其可包括投影模式等)確定三維坐標(biāo)。要理解對(duì)使用圖像200而確定的三維坐標(biāo)的參考還可包括使用在緊密接近的時(shí)間中捕獲的表面210的一個(gè)或多個(gè)圖像200而確定的三維坐標(biāo)，并且要理解在描述的操作期間向操作者顯示的圖像200實(shí)際上可以或可以不在確定三維坐標(biāo)中使用。在步驟320，并且如在圖2中示出的，操作者可以使用視頻檢查裝置100的操縱桿180 (或其他定點(diǎn)裝置(例如，鼠標(biāo)、觸摸屏))以靠近不規(guī)則204在被觀察物體202的表面210上選擇多個(gè)測(cè)量點(diǎn)來(lái)實(shí)行特定類型的測(cè)量。選擇的測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量取決于要實(shí)行的類型測(cè)量。某些測(cè)量可以要求選擇兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)(例如，長(zhǎng)度、剖面)，而其他測(cè)量可以要求選擇三個(gè)或以上的測(cè)量點(diǎn)(例如，點(diǎn)到線、面積、多段)。在一個(gè)實(shí)施例中并且如在圖2中示出的，靠近不規(guī)則204在被觀察物體202的表面210上選擇總共四個(gè)測(cè)量點(diǎn)221、222、223、224來(lái)實(shí)行不規(guī)則204的深度測(cè)量，其中靠近不規(guī)則204在表面210上選擇測(cè)量點(diǎn)中的三個(gè)221、222,223并且第四測(cè)量點(diǎn)224選擇為在不規(guī)則204的最深點(diǎn)處。在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)將光標(biāo)231、232、233、234 (或其他定點(diǎn)裝置)放置在圖像200對(duì)應(yīng)于表面210上的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)221、222、223、224的像素241、242、243、244上來(lái)選擇被觀察物體202的表面210上的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)221、222、223、224。在示范性深度測(cè)量中，視頻檢查裝置100可以確定多個(gè)測(cè)量點(diǎn)221、222、223、224的每個(gè)的在第一坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。將理解該發(fā)明性方法不限于深度測(cè)量或牽涉四個(gè)選擇的測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量，但反而適用于牽涉不同數(shù)量的點(diǎn)的各種類型的測(cè)量，其包括上文論述的那些。在步驟330，并且如在圖2中示出的，視頻檢查裝置100的CPU150可以確定參考表面250。在一些實(shí)施例中，該參考表面250可以是平坦的，而在其他實(shí)施例中該參考表面250可以是彎曲的。相似地，在一個(gè)實(shí)施例中，該參考表面250可以采用平面的形式，而在其他實(shí)施例中，該參考表面250可以采用不同的形狀(例如，圓柱，球)的形式。在圖2中示出的不規(guī)則204的示范性深度測(cè)量中，靠近在表面210(靠近不規(guī)則204)上選擇的三個(gè)測(cè)量點(diǎn)221、222、223中的ー個(gè)或多個(gè)的三個(gè)或以上的表面點(diǎn)的三維坐標(biāo)可以用于確定參考表面250(例如，平面)。在一個(gè)實(shí)施例中，視頻檢查裝置100可以進(jìn)行三個(gè)測(cè)量點(diǎn)221、222、223在第一坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)(xm，yiM1, z皿)的曲線擬合來(lái)確定參考表面250(例如,對(duì)于平面)的方程，其具有下列形式k0ES1+k1ES1 · xiEsi+k2Esi · YiESl — ZiESl其中(xiKS1，yiKS1，ziKS1)是限定的參考表面250上的任意三維點(diǎn)在第一坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，并且k·、k1KS1和k2KS1是通過(guò)在第一坐標(biāo)系中三維坐標(biāo)的曲線擬合獲得的系數(shù)。應(yīng)該注意多個(gè)測(cè)量點(diǎn)(即，至少和k系數(shù)的數(shù)量一祥多)用于進(jìn)行曲線擬合。該曲線擬合發(fā)現(xiàn)對(duì)使用的點(diǎn)給出最佳擬合(例如，最小二乗法)的k系數(shù)。k系數(shù)然后限定接近使用的三維點(diǎn)的平面或其他參考表面250。然而，如果在曲線擬合中使用比k系數(shù)的數(shù)量更多的點(diǎn)，當(dāng)你將使用的點(diǎn)的X和y坐標(biāo)插入平面方程⑴中時(shí)，由于來(lái)自可實(shí)際存在的平面的任何偏離以及噪聲，z結(jié)果將一般與點(diǎn)的z坐標(biāo)不精確匹配。從而，XiKS1和yiKS1可以是 任何任意值，并且所得的ziKS1告訴你在xiKS1、yiES1處的限定平面的z。因此，在這些方程中示出的坐標(biāo)可以用于精確地在限定平面上的任意點(diǎn)，不必定是在用于確定k系數(shù)的擬合中使用的點(diǎn)。在另ー個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于特定測(cè)量(例如，長(zhǎng)度、剖面)只存在選擇的兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)，從而禁止使用只基于那兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)的三維坐標(biāo)的曲線擬合(因?yàn)樾枰齻€(gè)點(diǎn)來(lái)確定kQKS1、k1ES1和k2KS1)。在該情況下，視頻檢查裝置100可以識(shí)別靠近圖像的每個(gè)像素的多個(gè)像素(對(duì)應(yīng)于表面210上的靠近每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的多個(gè)點(diǎn))，并且確定那些點(diǎn)的三維坐標(biāo)，從而使曲線擬合能夠確定參考表面250。在一個(gè)實(shí)施例中并且如在圖2中示出的，視頻檢查裝置100可以確定多個(gè)框架點(diǎn)260的在第一坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)(xiF1，yiF1，ziF1)，這些多個(gè)框架點(diǎn)260在圍繞不規(guī)則204以及測(cè)量點(diǎn)221、222、223、224的參考表面250上形成框架262 (例如，矩形)，其可以稍后用于顯不參考表面250的定位。在圖2中示出的示范性實(shí)施例中，一旦確定參考表面250，通過(guò)確定選擇為處于不規(guī)則204的最深點(diǎn)處的第四測(cè)量點(diǎn)224與參考表面250之間的距離，視頻檢查裝置100可以實(shí)行不規(guī)則204的測(cè)量(例如，深度)。該深度測(cè)量的準(zhǔn)確性由在被觀察物體202的表面210上選擇多個(gè)測(cè)量點(diǎn)221、222、223、224的準(zhǔn)確性決定。在如先前論述的許多情況中，圖像200中不規(guī)則204的輪廓難以從ニ維圖像評(píng)估并且可太小或相反不足以可靠地定位多個(gè)測(cè)量點(diǎn)221、222、223、224。因此，在許多情況下，操作者將需要不規(guī)則204的區(qū)域中另外的細(xì)節(jié)來(lái)評(píng)價(jià)這些測(cè)量點(diǎn)221、222、223、224的定位的準(zhǔn)確性。因此盡管ー些視頻檢查裝置100可以提供全圖像200的點(diǎn)云視圖時(shí)，該視圖可不提供如先前論述的不規(guī)則204要求的細(xì)節(jié)層次。為了在圍繞測(cè)量點(diǎn)221、222、223、224的區(qū)域中提供比由整個(gè)圖像200的三維數(shù)據(jù)的點(diǎn)云視圖提供的更有意義的表面210的視圖，該發(fā)明性方法創(chuàng)建了感興趣區(qū)域中的三維數(shù)據(jù)的子集。在步驟340，視頻檢查裝置100的CPU150可以建立不同于第一坐標(biāo)系的第二坐標(biāo)系。在一個(gè)實(shí)施例中，該第二坐標(biāo)系可以基于參考表面250以及多個(gè)測(cè)量點(diǎn)221、222、223和224。視頻檢查裝置100可以將第二坐標(biāo)系的原點(diǎn)(Xo2，yo2，Zffi) = (0,0,0)指定為靠近參考表面250上的點(diǎn)(其對(duì)應(yīng)于表面210上的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)221、222、223、224中的兩個(gè)或以上)的三維坐標(biāo)的平均位置225而定位(例如，通過(guò)將測(cè)量點(diǎn)221、222、223和224投影到參考表面250上并且在參考表面250上確定平均位置225)。在一些情況下，參考表面250上對(duì)應(yīng)于測(cè)量點(diǎn)221、222、223的點(diǎn)的三維坐標(biāo)可以是相同的。然而，在一些情況下，由于表面210中的噪聲和/或小的變動(dòng)，測(cè)量點(diǎn)221、222、223沒(méi)有精確地落在參考表面250上，并且因此具有不同的坐標(biāo)。當(dāng)確定參考表面250上對(duì)應(yīng)于表面210上的測(cè)量點(diǎn)221、222、223、224的點(diǎn)時(shí)，應(yīng)用線方向的概念是便利的，其表達(dá)線在X、y和z平面中的相對(duì)斜率并且可以用于建立垂直或平行線。對(duì)于經(jīng)過(guò)兩個(gè)三維坐標(biāo)(xl，yl，zl)和(x2, y2, z2)的給定線,該線方向(dx,dy, dz)可定義為dx = x2-xl(2)dy = y2-yl(3)dz = z2_zl(4)給出線上的點(diǎn)(xl，yl，zl)以及線的方向(dx，dy，dz)，該線可以由以下定義
權(quán)利要求
1.ー種用于顯示被觀察物體(202)的表面(210)的三維視圖的方法，包括以下步驟 獲得并且顯示(300)所述被觀察物體(202)的所述表面(210)的圖像(200)； 確定(310)所述被觀察物體(202)的所述表面(210)上的多個(gè)表面點(diǎn)的在第一坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)； 選擇(320)所述被觀察物體(202)的所述表面(210)上的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)(221，222，223，224)； 基于靠近所述多個(gè)測(cè)量點(diǎn)(221，222，223，224)中的一個(gè)或多個(gè)的所述多個(gè)表面點(diǎn)中的三個(gè)或以上的在所述第一坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)來(lái)確定(330)參考表面(250)； 基于所述參考表面(250)以及所述多個(gè)測(cè)量點(diǎn)(221，222，223，224)建立不同于所述第一坐標(biāo)系的第二坐標(biāo)系； 將所述多個(gè)表面點(diǎn)在所述第一坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換(350)為所述第二坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)； 確定(360)在所述被觀察物體(202)的所述表面(210)上感興趣區(qū)域內(nèi)的所述多個(gè)表面點(diǎn)的子集，其中所述感興趣區(qū)域基于所述多個(gè)測(cè)量點(diǎn)(221，222，223，224);以及 在所述第二坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)中顯示(370)所述多個(gè)表面點(diǎn)的所述子集的渲染三維視圖(400)。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述圖像(200)是ニ維圖像。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其中選擇多個(gè)測(cè)量點(diǎn)(221，222，223，224)的步驟(320)包括將多個(gè)光標(biāo)(231，232，233，234)放置在所述圖像(200)上。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其中選擇所述多個(gè)測(cè)量點(diǎn)(221，222，223，224)以在所述被觀察物體(202)的所述表面(210)上進(jìn)行測(cè)量。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述參考表面(250)是平面。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其中基于所述參考表面(250)和所述多個(gè)測(cè)量點(diǎn)(221，222，223，224)建立所述第二坐標(biāo)系的步驟包括將所述第二坐標(biāo)系的原點(diǎn)指定為靠近所述參考表面(250)上對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)測(cè)量點(diǎn)(221，222，223，224)中的兩個(gè)或以上的點(diǎn)的三維坐標(biāo)的平均位置(225)而定位。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述感興趣區(qū)域包括離所述第二坐標(biāo)系的原點(diǎn)一定距離內(nèi)的表面點(diǎn)。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述感興趣區(qū)域包括離所述平均位置(225)—定距離內(nèi)的表面點(diǎn)。
9.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述感興趣區(qū)域包括具有離所述參考表面(250)基于從所述測(cè)量點(diǎn)(221，222，223，224)中的一個(gè)或多個(gè)與所述參考表面(250)的距離在一定范圍內(nèi)的距離的表面點(diǎn)。
10.如權(quán)利要求I所述的方法，其中顯示所述多個(gè)表面點(diǎn)的所述子集的所述渲染三維視圖(400)的步驟包括顯示所述多個(gè)表面點(diǎn)的所述子集的點(diǎn)云視圖。
11.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述渲染三維視圖(400)的旋轉(zhuǎn)是圍繞所述第二坐標(biāo)系的原點(diǎn)。
12.如權(quán)利要求I所述的方法，其中在所述第二坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)中顯示所述多個(gè)表面點(diǎn)的所述子集的所述渲染三維視圖(400)的步驟包括使用彩色圖來(lái)指示所述多個(gè)表面點(diǎn)的所述子集與所述參考表面(250)之間的距離。
13.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述渲染三維視圖(400)進(jìn)ー步包括指示離所述參考表面(250)的垂直距離的標(biāo)度。
14.如權(quán)利要求I所述的方法，其進(jìn)ー步包括在所述渲染三維視圖(400)中顯示所述多個(gè)測(cè)量點(diǎn)(221，222，223，224)的步驟。
15.如權(quán)利要求I所述的方法，其中將所述多個(gè)表面點(diǎn)在所述第一坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為第二坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)的步驟(350)在確定所述被觀察物體(202)的所述表面(210)上的感興趣區(qū)域內(nèi)的所述多個(gè)表面點(diǎn)的子集的步驟(360)之后發(fā)生，其中只轉(zhuǎn)換所述多個(gè)表面點(diǎn)的所述子集。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于顯示被觀察物體的表面的三維視圖的方法及裝置。公開(kāi)用于顯示被觀察物體(202)的表面(210)的三維視圖的方法和裝置，其中確定并且顯示來(lái)自感興趣區(qū)域中該被觀察物體(202)的整個(gè)圖像(200)的三維數(shù)據(jù)的子集來(lái)提供該感興趣區(qū)域中增強(qiáng)的細(xì)節(jié)。
文檔編號(hào)G01B11/30GK102735192SQ20121006376
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者C·A·本達(dá)爾 申請(qǐng)人:通用電氣公司