數(shù)據(jù)顯示在被測量的表面上的便攜式三維計量的制作方法
【專利摘要】一種用于3D表面計量的便攜式儀器將增強現(xiàn)實反饋直接投影在被測量的目標表面上。該儀器生成多個結構光測量圖案并依次將其投影在一個目標表面上。該目標表面的特征、輪廓、和紋理使所投影的每個測量圖案圖像(MPI)從初始測量圖案失真。該儀器對每個MPI進行拍照，從所檢測到的多次失真提取測量數(shù)據(jù)，并從該測量數(shù)據(jù)的所選擇的多個方面導出一個結果圖像。該儀器扭曲該結果圖像以補償來自投影儀或表面的失真，并將該結果圖像投影在被測量的表面上，可選地，與其他信息一起，如概要、儀器狀態(tài)、菜單和指令。該儀器輕便且堅固。較高的測量速度和一個可選的內(nèi)置式慣性測量單元使具有手持式實施例的準確測量可以針對姿勢和運動效果而進行校正。手勢控制可以用于改善用戶與該便攜式計量儀器的交互。
【專利說明】數(shù)據(jù)顯示在被測量的表面上的便攜式三維計量
[0001]相關申請:本申請要求2012年7月15日所提交的美國非臨時申請?zhí)?3/549,494的權益和優(yōu)先權，該申請通過引用以其整體結合在此。
[0002]聯(lián)邦政府資助的研宄和開發(fā)無
[0003]附錄:無
[0004]背景
[0005]相關領域包括通過投影結構光圖案而進行的表面光學測量；將相關信息與主圖像一起進行投影的投影儀；將圖像投影到實物上；以及實時增強現(xiàn)實。
[0006]測量表面輪廓、紋理、和不連續(xù)的特征(如凹陷或裂縫)通常需要微米至毫米級的分辨率。光學途徑如激光掃描和結構光投影由于其速度、非侵入性、和可接受的精度與準確度而流行。用這些方法以例行的方式測量的對象包括(但不限于)飛行器和其他交通工具主體、精密機械零件、紡織品、玻璃、金屬薄片、顆粒狀物質(如磨料和粉末)、以及現(xiàn)場考古工具。這些測量可以是制造、質量保障和控制、或過去事件的法醫(yī)再現(xiàn)的一部分。對人體部位的測量適用于擴大的領域范圍，包括安全、內(nèi)科和牙科、制造假肢、試衣、和身臨其境的游戲。
[0007]在許多這些應用中，測量結果的快速返回對于生產(chǎn)力并且有時甚至對于人身安全至關重要。在發(fā)現(xiàn)不能接受的錯誤時，可能需要立即停止生產(chǎn)線或醫(yī)療過程。而且，雖然某些應用可以全部時間都使用在一個位置的計量儀器，其他的應用可能需要在位置之間頻繁地移動這種能力。
[0008]在安靜的、受保護的實驗室產(chǎn)生極好的測量結果的許多光學儀器受到撞擊、振動、溫度范圍和梯度、氣流、濕度、污染物、以及工廠和野外環(huán)境中所找到的其他變量嚴厲地挑戰(zhàn)。在這些地方，空間通常受限，并且有待測量的對象可能笨拙地定位或處于勻速運動。可能缺乏電源出口，并且拖拽電纜是不可接受的危害。無線信號可能受阻或遭受電磁干擾。
[0009]通常，計量結果顯示在與儀器連接或整合的屏幕上。如果操作者必須標記或修復對象上的問題區(qū)域，在屏幕和目標對象之間前后看(或在某些情況下行走)或使這些結果由第二個人傳達消耗時間并創(chuàng)造錯誤的機會?！巴敢暋憋@示器(頭戴式或以其他方式)減輕這些缺點中的一部分。然而，為安全起見，它們會創(chuàng)造過多的視差或模糊的周邊視覺。而且，如果不止一個人需要看結果，他們中的每個人需要一個單獨的顯示器或他們需要輪流觀看。
[0010]這些實際挑戰(zhàn)引起了對直接將測量結果顯示在正在測量的表面上的3D表面計量儀器的需要。這種顯示器將消除現(xiàn)場修復工作過程中的模糊性，可以被若干用戶同時觀看，并且將不會模糊其對其他對象的視覺。理想地，該儀器將便攜(例如，緊湊、輕便、且堅固)、快速、準確、通用、并易于使用。
[0011]概述
[0012]非接觸式3D表面計量儀器將測量結果直接顯示在正在測量的目標表面上。結果圖像生成器在各實施例中創(chuàng)建測量數(shù)據(jù)的假彩色表示、局部或統(tǒng)計測量值、文本、及格/不及格標記、基準點、和其他符號。針對投影儀和目標表面所引入的失真對此圖像的投影進行校正。在某些實施例中，結果圖像生成器生成其他信息，如菜單和指令。取決于實施例，顏色、字符大小、和布局可以手動地調整或本身可以為了最佳易讀性而自動地調整。
[0013]非接觸式3D表面計量儀器的實施例便攜、緊湊、輕便、堅固、并且在某些情況下自含。用于將測量結果顯示在目標表面上的同一圖像生成器和投影光學器件還可以投影結構光圖案以進行測量。用于捕捉測量圖案圖像的同一照相機還可以捕捉所投影的結果圖像以存檔。某些實施例具有很少或沒有顯著移動的零件，使用液晶或微機電系統(tǒng)(MEMS)生成測量圖案和結果圖像。提供照明的發(fā)光二極管(LED)小、輕便、耐用、持久，并且需要很少或不需要冷卻。加固的輕便儀器殼體可以手持或通過各種便攜式裝置安裝。電源和處理電子設備可以在殼體內(nèi)部或外部。
[0014]非接觸式3D表面計量儀器的實施例快速，從而傳送基本上實時的結果。結構光投影馬上照亮整個目標表面并消除與掃描相關聯(lián)的延遲時間。基于LCD和MEMS的圖像生成器可以非?？焖俚馗淖兘Y構光圖案?？梢噪娮拥赜|發(fā)捕捉測量圖案圖像的照相機，消除了激活機械快門的時延。高性能技術(如多線程和圖形處理單元(GPU)計算)減少處理時間。
[0015]非接觸式3D表面計量儀器的實施例較為準確。圖像生成器可以生成格雷碼以及相移測量圖案以提高精度和魯棒性。對于許多應用而言，速度單獨地保證可接受地準確的測量，即使對于手持操作。其他實施例包括慣性測量單元(MU)以在測量的過程中收集關于儀器姿勢和運動的數(shù)據(jù)。當過量運動導致并不可接受的精度或準確度時，來自IMU的數(shù)據(jù)可以觸發(fā)“重做”指令。處理器還可以使用MU數(shù)據(jù)在內(nèi)部校正測量數(shù)據(jù)或結果圖像的安排，以用文件證明測量了大目標表面的哪部分或將更小區(qū)域的相鄰測量結合在更大區(qū)域的圖中。
[0016]非接觸式3D表面計量儀器的實施例通用且容易使用。夾具和開關符合人體工學。在某些實施例中，測量觸發(fā)器被配置成使得激活開關不引起儀器移動。某些實施例感測影響測量準確度的外部因素(例如，環(huán)境光、目標尺寸、工作距離)并且如果條件太不利于儀器進行補償則提醒用戶。具有IMU的實施例可以校正某種運動的效果，如果效果不能被校正則提醒操作者并在結果圖像中提供獨立于儀器姿勢的水平文本。在各種照明條件下可以針對易讀性調整結果圖像的顏色，還可以調整基準點和字符的尺寸和線寬?？梢詫⒄障鄼C配置成用于存儲結果圖像以供稍后存檔和統(tǒng)計分析。手勢控制可以用于提高用戶與便攜式計量儀器和目標表面的交互。
[0017]附圖簡要說明
[0018]圖1是一般化的計量儀器的功能框圖。
[0019]圖2A、圖2B和圖2C展示了結構光計量中所使用的測量圖案的某些示例。
[0020]圖3是一般化的測量過程的流程圖。
[0021]圖4是包括IMU并封閉在便攜式殼體內(nèi)的計量儀器的功能框圖。
[0022]圖5是使用來自IMU的數(shù)據(jù)的測量過程的流程圖。
[0023]圖6A展示了測量飛行器的鉚釘部分的便攜式計量儀器的示例。
[0024]圖6B展示了在飛行器的鉚釘部分上顯示結果圖像的便攜式計量儀器的示例。
[0025]圖7展示了獨立式便攜式計量儀器的示例。
[0026]圖8展示了具有工作距離間隔物的站立式便攜式計量儀器的示例。
[0027]圖9展示了手持式便攜式計量儀器的示例。
[0028]圖10示出了手持式便攜式計量儀器的手勢控制的示例。
[0029]圖11示出了手持式便攜式計量儀器的手勢控制的第二示例。
[0030]詳細說明
[0031]本說明書將對基本儀器的操作進行解釋，緊接著的是具有IMU的儀器的操作。緊接著具體實施例中的操作的預演的將是對替代實施例的討論。
[0032]圖1是一般化的計量儀器的功能框圖。投影組件101最低限度包括光源102、圖像生成器103、和投影光具組104。圖像生成器103根據(jù)來自數(shù)據(jù)生成器107的控制信號生成圖像。投影組件101將圖像105從圖像生成器103投影在正在測量的目標表面上。照相機106對來自目標表面的所投影的圖像105進行拍照。照相機106被觸發(fā)并且可以以其他方式受處理器107的控制(例如，自動聚焦；變焦；放大；遮光窗；光圈或濾色鏡以排除將以其他方式在測量數(shù)據(jù)中造成誤差的環(huán)境光)，并將其捕捉的圖像作為測量數(shù)據(jù)發(fā)送至處理器107進行分析、存儲、操縱、或重播。在某些實施例中，處理器107控制光源102調整亮度、顏色、脈沖占空比、或其他變量。在某些實施例中，處理器107控制投影光學器件104的聚焦、濾色、光闌、和光學校正或補償。
[0033]將兩種類型的圖像投影在有待測量的表面上:用于結構光計量的測量圖案圖像(MPI)和示出某種形式的測量結果的結果圖像(RI)以及(可選地)輔助信息和特征如基準點標記、指令、儀器狀態(tài)、菜單、和其他用戶界面顯示數(shù)據(jù)。一般地，將每個MPI投影一段與照相機對投影亮度級的響應將允許的一樣簡短的時間，從而將儀器或目標的運動所引起的圖像模糊最小化。RI (如果目的在于用戶直接觀看的話)或者保持“打開”直到被關閉，或者其刷新頻率和占空比超過針對正在使用的亮度和顏色設置的閃光融合閾值。
[0034]圖2A、圖2B和圖2C展示了結構光計量中所使用的測量圖案的某些非限制性示例。方波空間調制211產(chǎn)生有條紋的測量圖案212。正弦空間調制213產(chǎn)生周期梯度測量圖案214(通常是灰度，但在此用可變地間隔開的線條陰影所展示)。有時還使用隨機噪聲圖如215。調幅可以如所示的從“黑到白”或使用中間灰度級。計量儀器的實施例可以使用任何合適類型的測量圖案。
[0035]處理器將照相機對目標表面上的MPI的捕捉與理論或實際參考表面上測量或建模的所存儲的MPI進行比較。處理器從所捕捉的目標MPI的每個點與所存儲的MPI的相應點之間的偏差導出三維(3D) “點云”。測量將通常包括對若干在頻率、相位、取向、結構或任何參數(shù)方面不同的MPI的投影、捕捉、和分析，其中，這些圖案之一揭露或說明其他圖案可能遺漏或模糊的表面特征。
[0036]圖3是一般化的測量過程的流程圖。有待在測量之前完成的預備步驟301包括校準，設置從儀器到目標表面的工作距離，以及輸入或加載任何其他設置如測量圖案的選擇、獲取參數(shù)如亮度和環(huán)境光排除、容差、和可視化模式。在某些實施例中，這些設置的集合可以與具體目標類型或測試類型相關聯(lián)或被輸入、編輯、存儲于處理器中并從中檢索。在接收到“測量”命令之后，儀器執(zhí)行測量周期302，從而投影并捕捉集合中的每個MPI。優(yōu)選地，非常快速地完成上述內(nèi)容，例如，在0.1秒內(nèi)或更短時間內(nèi)投影和捕捉12個MPI。在分析周期303中，處理器針對目標表面生成3D點云并將其還原到有待在RI中示出的結果。對RI坐標進行變換以補償可能以其他方式使RI中的特征從目標表面的相應部分偏移的任何投影儀或目標表面失真。(為了簡明，此流程圖示出了在分析周期303內(nèi)對所捕捉的圖像的任何分析之前所發(fā)生的測量周期302內(nèi)的所有捕捉。然而，某些實施例與獲取新MPI并行地處理已經(jīng)捕捉的MPI)。
[0037]許多工廠、野外、和手術室環(huán)境將獲益于這些正在變得便攜、甚至手持的3D計量能力。當儀器未保持完全地靜止時，這呈現(xiàn)了與保持測量精確和準確有關的挑戰(zhàn)。某些結構光測量可以簡單地通過高速運行避免與儀器運動相關聯(lián)的不精確和不準確。其他的測量(因為它們需要更高的分辨率、或由于所投影的MPI較暗或出于其他原因更久曝光)獲益于增加的供儀器“獲知”它在測量過程中怎樣移動的能力。最低限度，如果運動將測量精度或準確度降低至預先確定的可接受性閾值以下(某些實施例允許用戶選擇的容差之一)，它可以提醒用戶或強行進行重新測量。更加先進的實施例可以通過在對所捕捉的MPI集進行分析之前從其消除所檢測的運動的某些影響來調整三維點云。姿勢和運動追蹤還可以使得儀器能夠適應當結果圖像被投影時其特征和位置。例如，可以將基準點或文本串顯示為水平的，即使當儀器被轉動偏離水平時，或可以將所投影的特征限制為在目標表面上保持就位，即使當投影結果圖像時儀器移動或傾斜。
[0038]慣性測量單元(MU)(通常包括加速度計和陀螺儀)以非常小的尺寸和輕重量可獲得。與處理器耦合，它們可以存儲儀器的姿勢和運動的歷史以及記錄其當前取向。當投影RI時當前取向有用；例如，它可以使處理器能夠將字符或基準點與外部水平線對齊，即使當儀器被固定在傾斜的位置時。
[0039]圖4是包括IMU并示出了便攜式殼體的表示的計量儀器的功能框圖。在此，投影組件101、照相機106、處理器107、和IMU 412封閉在保護性殼體411內(nèi)。使用輕量材料(例如，鋁、碳纖維、或硬聚合物的外殼)并針對投影組件101和照相機106使用減震措施(例如，硬金屬彈簧或聚合物泡沫)將殼體411設計成用于手動運輸。替代配置(如圖1中沒有IMU的)也可以組裝至類似于412的便攜式殼體中。來自投影組件101的光離開殼體411，并且來自所投影的MPI 105的光通過端口 413進入殼體411，這些端口可以或可以不安裝有窗口或透鏡。連接IMU 412以將儀器姿勢和運動的測量結果傳輸至處理器107。
[0040]在自含實施例中，電源(如電池或(對于某些室外環(huán)境)太陽能電池)還可以處于殼體411內(nèi)、上、或與其緊密連接。其他替代方案包括用于與離板處理器(除了或替代內(nèi)部處理器107)或與離板控制器通信的數(shù)據(jù)端口或無線發(fā)射器、接收器或收發(fā)器。
[0041]圖5是使用來自IMU的數(shù)據(jù)的測量過程的流程圖。貫穿測量周期302，IMU收集姿勢和運動歷史501供處理器使用。與分析周期303分開地(或者(如在此所述的)在其之前或與其并行)，處理器執(zhí)行過多運動檢查502。將姿勢和運動歷史數(shù)據(jù)與預先確定的對測量數(shù)據(jù)的不可接受的影響的閾值進行比較，如果已經(jīng)超過閾值，系統(tǒng)可以顯示提醒或指令以重新測量目標表面。某些實施例還可以使用MU數(shù)據(jù)針對儀器姿勢角度503(當正在比較的參照的取向不同時非常有用)來校正所捕捉的MPI。某些實施例還可以使用MU數(shù)據(jù)來偏置連續(xù)MPI從而針對連續(xù)捕捉事件之間的運動進行校正。
[0042]做為啟發(fā)性但非限制性示例，描述了測量飛行器的零件上的緊固件高度的工作流。
[0043]圖6展示了測量飛行器的一部分上的緊固件的便攜式計量儀器的示例。緊固件621將機身蓋620附裝至底層框架或其他結構。某些緊固件622突出，從而干擾跨過機身蓋620的氣流并增強阻力。殼體611中的便攜式3D計量儀器對來自投影組件601的PMI605M進行投影。PMI 605M中的條紋被機身的總體曲線所彎曲并更大或更小程度上受緊固件頭部從表面突起的干擾。照相機606捕捉PMI 605M以供處理。在此，照相機606的視野示出為稍微大于PMI 605M，但其他實施例可以使照相機視野稍微小于PM1、或相同的尺寸、或具有較小橫向偏置。視野之間實質上的重疊足夠了。
[0044]本實施例具有從無線遙控裝置617接收控制信號616的無線接收器615。這是一種使用戶能夠在沒有機械地接合殼體611的任何一部分的情況下發(fā)送“測量”或其他命令的方式，避免了開始測量的行為將產(chǎn)生不想要的儀器運動的風險?？刂菩盘?16可以是射頻、紅外、音頻、或與工作環(huán)境兼容的任何其他信號。
[0045]標識和表征問題緊固件的算法的非限制性示例可以做為分析周期的一部分在處理器中運行。在從所捕捉的MPI提取了 3D點云之后，在點云內(nèi)使用所存儲的關于緊固件尺寸和形狀的數(shù)據(jù)識別緊固件。對于所找到的緊固件中的每一個，計算一個最佳適配橢圓。從該橢圓外側的圓環(huán)上的三個或更多個點云點計算最佳適配的外平面。從該橢圓內(nèi)部的圓環(huán)上的三個或更多個點云點計算最佳適配的內(nèi)平面。這兩個平面之間的角度表示緊固件頭部的角度誤差，并且這兩個平面之間在橢圓中心的距離表示緊固件頭部的突起誤差。在結果圖像中的每個緊固件上將所導出的結果標記為假彩色、灰度、符號、或標簽。
[0046]使用投影儀校準的過程中所存儲的點以及(在某些情況下)從測量結果所采樣的點使結果圖像彎曲(變換成與表面上的投影條件匹配的坐標)。這保證了當結果圖像被投影在目標表面上時結果圖像緊固件標記落在相應緊固件上。
[0047]圖6B展示了在飛行器上顯示被測量的緊固件的結果圖像(RI)的便攜式計量儀器的示例。在前述圖中示為在進行中的測量是完成的，并且投影組件601現(xiàn)在將結果圖像605R投影在被測量的表面上。緊固件630在預先確定的容差內(nèi)并且以不同于超出容差的緊固件631(突出太遠)和632(凹陷太深，如其周圍所標記的不規(guī)則斑點所示彎曲周圍的表面)的方式標記。RI 605R還可以包括文本633 (是否與測量相關)、基準點634、導航菜單635、和狀態(tài)指示器如監(jiān)測板上電池626的電池充電指示器636。
[0048]在某些實施例中，為了當前目標表面上的最佳易讀性，所投影的信息如633-636由處理器自動定位或調整亮度或顏色。在某些實施例中，儀器內(nèi)部的MU保持文本633水平，即使儀器在轉動。在某些實施例中，照相機606捕捉有待存儲的結果圖像605R以供存檔、統(tǒng)計、或進一步操縱。
[0049]圖7展示了獨立式便攜式計量儀器的示例。殼體711可以暫時地或永久地附裝至被底座742所穩(wěn)定的單腳架741?？蛇x地，穩(wěn)定底座742所需要的一部分重量可以是電池組726，通過影線725可訪問該電池組并且通過電力電纜727將其與殼體711內(nèi)的功率輸入連接。
[0050]圖8展示了具有工作距離間隔物的站立式便攜式計量儀器的示例。在此，單腳架841在允許組件向目標表面820傾斜的支點842處結束。電池826安裝在單腳架841內(nèi)部，靠近頂部以便輕松訪問。可以用任何類型的單腳架或三腳架實現(xiàn)安裝腿內(nèi)部的電池艙；在某些設計中，為了機械穩(wěn)定性，電池可以靠近安裝腿的底部。安裝(可拆卸地或可互換地)至殼體811的工作距離間隔物包括一對在頂點844結束的桿843。當支點842停留在地板上并且點844停留在目標表面820上時，形成傾斜的三腳架。麥克風815可以接收語音命令，另一種在不移動儀器的情況下發(fā)起測量的方式；這同樣可以在其他實施例上實現(xiàn)。
[0051]圖9展示了手持式便攜式計量儀器的示例。手柄945可以方便地攜帶、或固定殼體911以便測量。在非自動聚焦的實施例中，可以提供有紋理的聚焦環(huán)946以便照相機和投影光學器件的手動聚焦。在某些實施例(并且同樣具有其他殼體類型)中，軟線927可以將儀器耦合至遙控裝置917以在不接觸儀器的情況下發(fā)起測量，耦合至電池組926以在殼體911中沒有超重的情況下提供足夠功率，或如在此所述的兩者的組合。用繩子捆綁的此模塊可以(通過非限制性示例)夾在帶子上或攜帶在口袋中以避免在殼體911上拖拽。
[0052]還考慮了雙投影儀的實施例。這種更復雜的方式的原因可以包括需要連續(xù)同時測量和結果圖像顯示(盡管在許多情形下單個投影儀中的快速圖像切換可以令人滿意)或使用非可見的測量波長。在醫(yī)學上，例如組織穿透近紅外波長可以用于測量皮膚最外層下的特征，并且近紫外波長可以用于測量已經(jīng)涂敷了熒光標記物的表面(例如，以標識癌細胞)。在此所描述的安裝和保持配置中的任何一種及其等效物可以適用于單或雙投影儀的實施例。這些投影儀可以彼此臨近或在中央照相機的任一側，只要所投影的視野與照相機的視野重疊。
[0053]可以通過手勢而不是鍵盤、鼠標或其他物理輸入設備控制如之前在此所描述的便攜式計量儀器的實施例。這些手勢可以是2d或3d手勢。手勢控制可以用于改善用戶與便攜式計量儀器和目標表面的交互。例如，用戶可以與投影在表面上的用戶提示進行交互。借助增強現(xiàn)實可視化顯示器可看見這些提示。交互的示例包括發(fā)起動作、控制設置、切換模式等。可以通過使用手勢選擇按鈕、接受提示、選擇鏈接、擠捏以縮小/放大圖像來執(zhí)行這些交互。例如，圖10示出了使用‘輕擊’手勢來選擇(虛擬的/投影的)按鈕1003的手1002。在本實施例中，內(nèi)置式手勢電子設備模塊1001促進3D掃描儀內(nèi)的手勢感測能力。圖11類似地示出了使用‘擠捏和拉伸’手勢來放大窗口 1102的手1101。
[0054]手勢控制在傳統(tǒng)輸入裝置如鍵盤或鼠標不方便的情況下對便攜式計量儀器有用。例如，當沒有鍵盤的空間時、當在對于鍵盤太過具有挑戰(zhàn)性的骯臟環(huán)境中時、或當操作者需要使其手空閑以進行其他活動時，手勢控制可能有用。
[0055]手勢控制可以用不只一種方式結合在便攜式計量儀器中。第一種方式僅使用內(nèi)置照相機606。內(nèi)置照相機606用于計量和手勢識別兩者。軟件對照相機606的雙重功能進行協(xié)調。這在不需要附加硬件時有利。第二種方式使用手勢電子設備模塊1001，該手勢電子設備模塊內(nèi)置于便攜式計量儀器中并被配置成用于檢測和解釋手勢。例如，厲動(LeapMot1n)或Kinect硬件和軟件包可以整合在便攜式計量儀器中。這種方式的優(yōu)點是，這些現(xiàn)成的手勢電子設備模塊的SDK可用并且容易整合到便攜式計量儀器軟件中。第三種方式是使用具有投影組件601的內(nèi)置照相機606。這種方式使用三角法來使能3d手勢識別。投影組件601將菜單或控制裝置的圖像投影到表面上，然后用戶可以使用具體手勢與該表面進行交互，例如滑動以移動投影的滑塊或點擊在投影的按鈕上。第四種方式使用電容式或磁性設備測量面板上方的電場或磁場的變化，并因此使能指尖的3d識別以及因此手勢識別。
[0056]本領域技術人員將理解，使用所描述的那些零件或步驟的等效零件或步驟許多變化是可能的。本主題的專利保護范圍不受摘要、說明書、或附圖中任何內(nèi)容而是僅僅受所附權利要求書的限制。
【權利要求】
1.一種用于測量表面的裝置，該裝置包括: 一個便攜式殼體； 一個投影組件，安裝在該便攜式殼體內(nèi)并將一個圖像投影在該表面上， 一個照相機，安裝在該便攜式殼體內(nèi)并被配置成用于捕捉該圖像作為測量數(shù)據(jù)，以及 一個處理器，控制該投影組件和該照相機并從該照相機接收該測量數(shù)據(jù)，其中 該投影組件包括一個圖像生成器、一個光源、和一系列投影光學器件， 該圖像包括一個測量圖案圖像或一個結果圖像，以及 該處理器通過分析對應于該測量圖案圖像的數(shù)據(jù)導出該結果圖像的一種特征。
2.如權利要求1所述的裝置，其中，該便攜式殼體包括以下各項中的至少一項:一個手柄、一個單腳架、和一個間隔物。
3.如權利要求1所述的裝置，進一步包括一個安裝在該便攜式殼體內(nèi)的便攜式電源。
4.如權利要求1所述的裝置，其中，該處理器包括一個安裝在該便攜式殼體內(nèi)的板上處理器部件。
5.如權利要求1所述的裝置，其中，該圖像生成器包括一個液晶陣列和一個微機電系統(tǒng)之一。
6.如權利要求1所述的裝置，其中，該光源具有一個受該處理器控制的可變光譜并且包括一個發(fā)光二極管。
7.如權利要求1所述的裝置，其中，該光源、圖像生成器、和投影光學器件系列中的至少一項對投影該測量圖案圖像和該結果圖像都有幫助。
8.如權利要求1所述的裝置，進一步包括一個輔助光源，該輔助光源具有一個在可見光譜之外的波長。
9.如權利要求8所述的裝置，進一步包括以下各項中的至少一項:與該輔助光源兼容的一個輔助圖像生成器以及與該輔助光源兼容的一系列輔助投影光學器件。
10.如權利要求1所述的裝置，其中，該照相機被配置成用于排除將以其他方式在該測量數(shù)據(jù)中造成誤差的環(huán)境光。
11.如權利要求1所述的裝置，進一步包括一個慣性測量單元，該慣性測量單元安裝在該便攜式殼體內(nèi)并且被配置成用于向該處理器傳輸姿勢和運動數(shù)據(jù)。
12.一種用于測量表面的方法，該方法包括: 相對于該表面對一個便攜式計量儀器進行定位， 將一個測量圖案圖像從該便攜式計量儀器投影到該表面上， 捕捉該便攜式計量儀器中來自該測量圖案圖像的測量數(shù)據(jù)， 從該測量數(shù)據(jù)計算一個表示該表面的點云， 從該點云并從所存儲的信息創(chuàng)建一個結果圖像， 將該結果圖像變換成與該表面上的多個投影條件匹配的坐標，以及 將該結果圖像從該便攜式計量儀器投影到該表面上。
13.如權利要求12所述的方法，其中，在該測量圖像之后的0.1秒內(nèi)投影該結果圖像。
14.如權利要求12所述的方法，其中，該結果圖像包括以下各項中的至少一項:該測量的一種假彩色表示、該測量的結果的一個概要、一個取決于該測量的符號、一個字母數(shù)字字符、一個導航符號、一個狀態(tài)指示器、一個菜單、和一條指令。
15.如權利要求12所述的方法，進一步包括監(jiān)測該便攜式計量儀器的姿勢和運動，并執(zhí)行以下各項中的至少一項: 如果在該測量圖案圖像的投影和捕捉的過程中該便攜式計量儀器移動超過一個預先確定的閾值，發(fā)布一條提醒， 存儲正在測量的該表面的一個區(qū)域的位置和取向， 調整該點云以對該測量圖案圖像的投影和捕捉的過程中該便攜式計量儀器的姿勢和運動進行補償，以及 對該結果圖像中的一個特征位置和取向進行適配，以對該結果圖像的投影過程中該便攜式計量儀器的姿勢和運動進行補償。
16.如權利要求12所述的方法，進一步包括記錄被投影在該表面上時的該結果圖像。
17.如權利要求12所述的方法，進一步包括調整該結果圖像中的顏色、亮度、和特征位置至少之一以優(yōu)化該結果圖像的可見性或易讀性，其中，該調整部分地響應于該測量數(shù)據(jù)的一種特征。
18.一種被用數(shù)據(jù)和指令編程的非瞬態(tài)機器可讀存儲介質，這些數(shù)據(jù)和指令包括: 參考數(shù)據(jù)， 用戶界面顯示數(shù)據(jù)，和多條指令，這些指令用于: 生成一個結構光圖案， 將該結構光圖案投影在一個表面上以產(chǎn)生一個測量圖案圖像， 捕捉該測量圖案圖像作為測量數(shù)據(jù)， 記錄影響該測量數(shù)據(jù)的一段姿勢和運動歷史， 用該參考數(shù)據(jù)和該姿勢和運動歷史分析該測量數(shù)據(jù)以產(chǎn)生一個測量結果， 從該測量結果和該用戶界面顯示數(shù)據(jù)生成一個結果圖像， 將該結果圖像變換成表面投影坐標以產(chǎn)生一個經(jīng)校正的結果圖像，以及 將該經(jīng)校正的結果圖像投影到該表面上。
19.用于測量表面的裝置，該裝置包括: 用于將一個測量圖案圖像投影到該表面上的裝置， 用于從該表面捕捉該測量圖案圖像作為測量數(shù)據(jù)的裝置， 用于從該測量數(shù)據(jù)計算該表面的多種三維特征的裝置， 用于從這些三維特征創(chuàng)建一個結果圖像的裝置， 用于將該結果圖像投影在該表面上從而使得相對于該表面的多種相應特征精確地定位該結果圖像的多種特征的裝置，以及 用于保護性地封閉并手動地運輸該投影裝置和該捕捉裝置的裝置。
20.如權利要求19所述的用于測量表面的裝置，進一步包括用于跟蹤該保護性封閉及手動運輸裝置的姿勢和運動的裝置。
21.一種用于測量表面的裝置，該裝置包括: 一個便攜式殼體； 一個投影組件，安裝在該便攜式殼體內(nèi)并將一個圖像投影在該表面上，其中，該投影組件包括一個圖像生成器、一個光源、和一系列投影光學器件， 一個照相機，安裝在該便攜式殼體內(nèi)并被配置成用于捕捉該圖像作為測量數(shù)據(jù)，其中，該圖像包括一個測量圖案圖像或一個結果圖像，其中，該照相機進一步被配置成用于捕捉多種手勢，以及 一個處理器，控制該投影組件和該照相機并從該照相機接收該測量數(shù)據(jù)，其中，該處理器通過分析對應于該測量圖案圖像的數(shù)據(jù)導出該結果圖像的一種特征，其中，該處理器被配置成用于解釋該照相機所捕捉到的手勢并基于這些已解釋的手勢執(zhí)行多條命令。
22.如權利要求21所述的裝置，其中，該投影組件被配置成用于投影多個控制圖像以與一個用戶進行交互。
23.一種用于測量表面的裝置，該裝置包括: 一個便攜式殼體； 一個投影組件，安裝在該便攜式殼體內(nèi)并將一個圖像投影在該表面上，其中，該投影組件包括一個圖像生成器、一個光源、和一系列投影光學器件， 一個照相機，安裝在該便攜式殼體內(nèi)并被配置成用于捕捉該圖像作為測量數(shù)據(jù)，其中，該圖像包括一個測量圖案圖像或一個結果圖像， 一個被配置成用于捕捉和解釋手勢的手勢識別設備，以及一個處理器，該處理器控制該投影組件和該照相機并從該照相機接收該測量數(shù)據(jù)，其中，該處理器通過分析對應于該測量圖案圖像的數(shù)據(jù)導出該結果圖像的一種特征，其中，該處理器被配置成用于執(zhí)行從該手勢識別設備所接收到的多條命令。
【文檔編號】G01B11/25GK104487800SQ201380037304
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2013年7月12日 優(yōu)先權日:2012年7月15日
【發(fā)明者】埃里克·克拉斯 申請人:巴特里有限責任公司