數(shù)據(jù)顯示在被測(cè)量的表面上的便攜式三維計(jì)量的制作方法
【專利摘要】一種用于3D表面計(jì)量的便攜式儀器將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)反饋直接投影在被測(cè)量的目標(biāo)表面上。該儀器生成多個(gè)結(jié)構(gòu)光測(cè)量圖案并依次將其投影在一個(gè)目標(biāo)表面上。該目標(biāo)表面的特征、輪廓、和紋理使所投影的每個(gè)測(cè)量圖案圖像(MPI)從初始測(cè)量圖案失真。該儀器對(duì)每個(gè)MPI進(jìn)行拍照，從所檢測(cè)到的多次失真提取測(cè)量數(shù)據(jù)，并從該測(cè)量數(shù)據(jù)的所選擇的多個(gè)方面導(dǎo)出一個(gè)結(jié)果圖像。該儀器扭曲該結(jié)果圖像以補(bǔ)償來自投影儀或表面的失真，并將該結(jié)果圖像投影在被測(cè)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(jiān)固。較高的測(cè)量速度和一個(gè)可選的內(nèi)置式慣性測(cè)量單元使具有手持式實(shí)施例的準(zhǔn)確測(cè)量可以針對(duì)姿勢(shì)和運(yùn)動(dòng)效果而進(jìn)行校正。手勢(shì)控制可以用于改善用戶與該便攜式計(jì)量?jī)x器的交互。
【專利說明】數(shù)據(jù)顯示在被測(cè)量的表面上的便攜式三維計(jì)量
[0001]相關(guān)申請(qǐng):本申請(qǐng)要求2012年7月15日所提交的美國(guó)非臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?3/549,494的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)通過引用以其整體結(jié)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(guān)領(lǐng)域包括通過投影結(jié)構(gòu)光圖案而進(jìn)行的表面光學(xué)測(cè)量；將相關(guān)信息與主圖像一起進(jìn)行投影的投影儀；將圖像投影到實(shí)物上；以及實(shí)時(shí)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。
[0006]測(cè)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(jí)的分辨率。光學(xué)途徑如激光掃描和結(jié)構(gòu)光投影由于其速度、非侵入性、和可接受的精度與準(zhǔn)確度而流行。用這些方法以例行的方式測(cè)量的對(duì)象包括(但不限于)飛行器和其他交通工具主體、精密機(jī)械零件、紡織品、玻璃、金屬薄片、顆粒狀物質(zhì)(如磨料和粉末)、以及現(xiàn)場(chǎng)考古工具。這些測(cè)量可以是制造、質(zhì)量保障和控制、或過去事件的法醫(yī)再現(xiàn)的一部分。對(duì)人體部位的測(cè)量適用于擴(kuò)大的領(lǐng)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(yīng)用中，測(cè)量結(jié)果的快速返回對(duì)于生產(chǎn)力并且有時(shí)甚至對(duì)于人身安全至關(guān)重要。在發(fā)現(xiàn)不能接受的錯(cuò)誤時(shí)，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(yīng)用可以全部時(shí)間都使用在一個(gè)位置的計(jì)量?jī)x器，其他的應(yīng)用可能需要在位置之間頻繁地移動(dòng)這種能力。
[0008]在安靜的、受保護(hù)的實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生極好的測(cè)量結(jié)果的許多光學(xué)儀器受到撞擊、振動(dòng)、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(yán)厲地挑戰(zhàn)。在這些地方，空間通常受限，并且有待測(cè)量的對(duì)象可能笨拙地定位或處于勻速運(yùn)動(dòng)?？赡苋狈﹄娫闯隹?，并且拖拽電纜是不可接受的危害。無線信號(hào)可能受阻或遭受電磁干擾。
[0009]通常，計(jì)量結(jié)果顯示在與儀器連接或整合的屏幕上。如果操作者必須標(biāo)記或修復(fù)對(duì)象上的問題區(qū)域，在屏幕和目標(biāo)對(duì)象之間前后看(或在某些情況下行走)或使這些結(jié)果由第二個(gè)人傳達(dá)消耗時(shí)間并創(chuàng)造錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)?！巴敢暋憋@示器(頭戴式或以其他方式)減輕這些缺點(diǎn)中的一部分。然而，為安全起見，它們會(huì)創(chuàng)造過多的視差或模糊的周邊視覺。而且，如果不止一個(gè)人需要看結(jié)果，他們中的每個(gè)人需要一個(gè)單獨(dú)的顯示器或他們需要輪流觀看。
[0010]這些實(shí)際挑戰(zhàn)引起了對(duì)直接將測(cè)量結(jié)果顯示在正在測(cè)量的表面上的3D表面計(jì)量?jī)x器的需要。這種顯示器將消除現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)工作過程中的模糊性，可以被若干用戶同時(shí)觀看，并且將不會(huì)模糊其對(duì)其他對(duì)象的視覺。理想地，該儀器將便攜(例如，緊湊、輕便、且堅(jiān)固)、快速、準(zhǔn)確、通用、并易于使用。
[0011]概述
[0012]非接觸式3D表面計(jì)量?jī)x器將測(cè)量結(jié)果直接顯示在正在測(cè)量的目標(biāo)表面上。結(jié)果圖像生成器在各實(shí)施例中創(chuàng)建測(cè)量數(shù)據(jù)的假彩色表示、局部或統(tǒng)計(jì)測(cè)量值、文本、及格/不及格標(biāo)記、基準(zhǔn)點(diǎn)、和其他符號(hào)。針對(duì)投影儀和目標(biāo)表面所引入的失真對(duì)此圖像的投影進(jìn)行校正。在某些實(shí)施例中，結(jié)果圖像生成器生成其他信息，如菜單和指令。取決于實(shí)施例，顏色、字符大小、和布局可以手動(dòng)地調(diào)整或本身可以為了最佳易讀性而自動(dòng)地調(diào)整。
[0013]非接觸式3D表面計(jì)量?jī)x器的實(shí)施例便攜、緊湊、輕便、堅(jiān)固、并且在某些情況下自含。用于將測(cè)量結(jié)果顯示在目標(biāo)表面上的同一圖像生成器和投影光學(xué)器件還可以投影結(jié)構(gòu)光圖案以進(jìn)行測(cè)量。用于捕捉測(cè)量圖案圖像的同一照相機(jī)還可以捕捉所投影的結(jié)果圖像以存檔。某些實(shí)施例具有很少或沒有顯著移動(dòng)的零件，使用液晶或微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)生成測(cè)量圖案和結(jié)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(shè)備可以在殼體內(nèi)部或外部。
[0014]非接觸式3D表面計(jì)量?jī)x器的實(shí)施例快速，從而傳送基本上實(shí)時(shí)的結(jié)果。結(jié)構(gòu)光投影馬上照亮整個(gè)目標(biāo)表面并消除與掃描相關(guān)聯(lián)的延遲時(shí)間?；贚CD和MEMS的圖像生成器可以非?？焖俚馗淖兘Y(jié)構(gòu)光圖案?？梢噪娮拥赜|發(fā)捕捉測(cè)量圖案圖像的照相機(jī)，消除了激活機(jī)械快門的時(shí)延。高性能技術(shù)(如多線程和圖形處理單元(GPU)計(jì)算)減少處理時(shí)間。
[0015]非接觸式3D表面計(jì)量?jī)x器的實(shí)施例較為準(zhǔn)確。圖像生成器可以生成格雷碼以及相移測(cè)量圖案以提高精度和魯棒性。對(duì)于許多應(yīng)用而言，速度單獨(dú)地保證可接受地準(zhǔn)確的測(cè)量，即使對(duì)于手持操作。其他實(shí)施例包括慣性測(cè)量單元(MU)以在測(cè)量的過程中收集關(guān)于儀器姿勢(shì)和運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)。當(dāng)過量運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致并不可接受的精度或準(zhǔn)確度時(shí)，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(cè)量數(shù)據(jù)或結(jié)果圖像的安排，以用文件證明測(cè)量了大目標(biāo)表面的哪部分或?qū)⒏^(qū)域的相鄰測(cè)量結(jié)合在更大區(qū)域的圖中。
[0016]非接觸式3D表面計(jì)量?jī)x器的實(shí)施例通用且容易使用。夾具和開關(guān)符合人體工學(xué)。在某些實(shí)施例中，測(cè)量觸發(fā)器被配置成使得激活開關(guān)不引起儀器移動(dòng)。某些實(shí)施例感測(cè)影響測(cè)量準(zhǔn)確度的外部因素(例如，環(huán)境光、目標(biāo)尺寸、工作距離)并且如果條件太不利于儀器進(jìn)行補(bǔ)償則提醒用戶。具有IMU的實(shí)施例可以校正某種運(yùn)動(dòng)的效果，如果效果不能被校正則提醒操作者并在結(jié)果圖像中提供獨(dú)立于儀器姿勢(shì)的水平文本。在各種照明條件下可以針對(duì)易讀性調(diào)整結(jié)果圖像的顏色，還可以調(diào)整基準(zhǔn)點(diǎn)和字符的尺寸和線寬?？梢詫⒄障鄼C(jī)配置成用于存儲(chǔ)結(jié)果圖像以供稍后存檔和統(tǒng)計(jì)分析。手勢(shì)控制可以用于提高用戶與便攜式計(jì)量?jī)x器和目標(biāo)表面的交互。
[0017]附圖簡(jiǎn)要說明
[0018]圖1是一般化的計(jì)量?jī)x器的功能框圖。
[0019]圖2A、圖2B和圖2C展示了結(jié)構(gòu)光計(jì)量中所使用的測(cè)量圖案的某些示例。
[0020]圖3是一般化的測(cè)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(jì)量?jī)x器的功能框圖。
[0022]圖5是使用來自IMU的數(shù)據(jù)的測(cè)量過程的流程圖。
[0023]圖6A展示了測(cè)量飛行器的鉚釘部分的便攜式計(jì)量?jī)x器的示例。
[0024]圖6B展示了在飛行器的鉚釘部分上顯示結(jié)果圖像的便攜式計(jì)量?jī)x器的示例。
[0025]圖7展示了獨(dú)立式便攜式計(jì)量?jī)x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(jì)量?jī)x器的示例。
[0027]圖9展示了手持式便攜式計(jì)量?jī)x器的示例。
[0028]圖10示出了手持式便攜式計(jì)量?jī)x器的手勢(shì)控制的示例。
[0029]圖11示出了手持式便攜式計(jì)量?jī)x器的手勢(shì)控制的第二示例。
[0030]詳細(xì)說明
[0031]本說明書將對(duì)基本儀器的操作進(jìn)行解釋，緊接著的是具有IMU的儀器的操作。緊接著具體實(shí)施例中的操作的預(yù)演的將是對(duì)替代實(shí)施例的討論。
[0032]圖1是一般化的計(jì)量?jī)x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(hào)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(cè)量的目標(biāo)表面上。照相機(jī)106對(duì)來自目標(biāo)表面的所投影的圖像105進(jìn)行拍照。照相機(jī)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(dòng)聚焦；變焦；放大；遮光窗；光圈或?yàn)V色鏡以排除將以其他方式在測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送至處理器107進(jìn)行分析、存儲(chǔ)、操縱、或重播。在某些實(shí)施例中，處理器107控制光源102調(diào)整亮度、顏色、脈沖占空比、或其他變量。在某些實(shí)施例中，處理器107控制投影光學(xué)器件104的聚焦、濾色、光闌、和光學(xué)校正或補(bǔ)償。
[0033]將兩種類型的圖像投影在有待測(cè)量的表面上:用于結(jié)構(gòu)光計(jì)量的測(cè)量圖案圖像(MPI)和示出某種形式的測(cè)量結(jié)果的結(jié)果圖像(RI)以及(可選地)輔助信息和特征如基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)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(gè)MPI投影一段與照相機(jī)對(duì)投影亮度級(jí)的響應(yīng)將允許的一樣簡(jiǎn)短的時(shí)間，從而將儀器或目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)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(guān)閉，或者其刷新頻率和占空比超過針對(duì)正在使用的亮度和顏色設(shè)置的閃光融合閾值。
[0034]圖2A、圖2B和圖2C展示了結(jié)構(gòu)光計(jì)量中所使用的測(cè)量圖案的某些非限制性示例。方波空間調(diào)制211產(chǎn)生有條紋的測(cè)量圖案212。正弦空間調(diào)制213產(chǎn)生周期梯度測(cè)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(shí)還使用隨機(jī)噪聲圖如215。調(diào)幅可以如所示的從“黑到白”或使用中間灰度級(jí)。計(jì)量?jī)x器的實(shí)施例可以使用任何合適類型的測(cè)量圖案。
[0035]處理器將照相機(jī)對(duì)目標(biāo)表面上的MPI的捕捉與理論或?qū)嶋H參考表面上測(cè)量或建模的所存儲(chǔ)的MPI進(jìn)行比較。處理器從所捕捉的目標(biāo)MPI的每個(gè)點(diǎn)與所存儲(chǔ)的MPI的相應(yīng)點(diǎn)之間的偏差導(dǎo)出三維(3D) “點(diǎn)云”。測(cè)量將通常包括對(duì)若干在頻率、相位、取向、結(jié)構(gòu)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(cè)量過程的流程圖。有待在測(cè)量之前完成的預(yù)備步驟301包括校準(zhǔn)，設(shè)置從儀器到目標(biāo)表面的工作距離，以及輸入或加載任何其他設(shè)置如測(cè)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(shí)施例中，這些設(shè)置的集合可以與具體目標(biāo)類型或測(cè)試類型相關(guān)聯(lián)或被輸入、編輯、存儲(chǔ)于處理器中并從中檢索。在接收到“測(cè)量”命令之后，儀器執(zhí)行測(cè)量周期302，從而投影并捕捉集合中的每個(gè)MPI。優(yōu)選地，非?？焖俚赝瓿缮鲜鰞?nèi)容，例如，在0.1秒內(nèi)或更短時(shí)間內(nèi)投影和捕捉12個(gè)MPI。在分析周期303中，處理器針對(duì)目標(biāo)表面生成3D點(diǎn)云并將其還原到有待在RI中示出的結(jié)果。對(duì)RI坐標(biāo)進(jìn)行變換以補(bǔ)償可能以其他方式使RI中的特征從目標(biāo)表面的相應(yīng)部分偏移的任何投影儀或目標(biāo)表面失真。(為了簡(jiǎn)明，此流程圖示出了在分析周期303內(nèi)對(duì)所捕捉的圖像的任何分析之前所發(fā)生的測(cè)量周期302內(nèi)的所有捕捉。然而，某些實(shí)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(shù)室環(huán)境將獲益于這些正在變得便攜、甚至手持的3D計(jì)量能力。當(dāng)儀器未保持完全地靜止時(shí)，這呈現(xiàn)了與保持測(cè)量精確和準(zhǔn)確有關(guān)的挑戰(zhàn)。某些結(jié)構(gòu)光測(cè)量可以簡(jiǎn)單地通過高速運(yùn)行避免與儀器運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)的不精確和不準(zhǔn)確。其他的測(cè)量(因?yàn)樗鼈冃枰叩姆直媛省⒒蛴捎谒队暗腗PI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(cè)量過程中怎樣移動(dòng)的能力。最低限度，如果運(yùn)動(dòng)將測(cè)量精度或準(zhǔn)確度降低至預(yù)先確定的可接受性閾值以下(某些實(shí)施例允許用戶選擇的容差之一)，它可以提醒用戶或強(qiáng)行進(jìn)行重新測(cè)量。更加先進(jìn)的實(shí)施例可以通過在對(duì)所捕捉的MPI集進(jìn)行分析之前從其消除所檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)的某些影響來調(diào)整三維點(diǎn)云。姿勢(shì)和運(yùn)動(dòng)追蹤還可以使得儀器能夠適應(yīng)當(dāng)結(jié)果圖像被投影時(shí)其特征和位置。例如，可以將基準(zhǔn)點(diǎn)或文本串顯示為水平的，即使當(dāng)儀器被轉(zhuǎn)動(dòng)偏離水平時(shí)，或可以將所投影的特征限制為在目標(biāo)表面上保持就位，即使當(dāng)投影結(jié)果圖像時(shí)儀器移動(dòng)或傾斜。
[0038]慣性測(cè)量單元(MU)(通常包括加速度計(jì)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(chǔ)儀器的姿勢(shì)和運(yùn)動(dòng)的歷史以及記錄其當(dāng)前取向。當(dāng)投影RI時(shí)當(dāng)前取向有用；例如，它可以使處理器能夠?qū)⒆址蚧鶞?zhǔn)點(diǎn)與外部水平線對(duì)齊，即使當(dāng)儀器被固定在傾斜的位置時(shí)。
[0039]圖4是包括IMU并示出了便攜式殼體的表示的計(jì)量?jī)x器的功能框圖。在此，投影組件101、照相機(jī)106、處理器107、和IMU 412封閉在保護(hù)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(duì)投影組件101和照相機(jī)106使用減震措施(例如，硬金屬?gòu)椈苫蚓酆衔锱菽?將殼體411設(shè)計(jì)成用于手動(dòng)運(yùn)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(jìn)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(shì)和運(yùn)動(dòng)的測(cè)量結(jié)果傳輸至處理器107。
[0040]在自含實(shí)施例中，電源(如電池或(對(duì)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(cè)量過程的流程圖。貫穿測(cè)量周期302，IMU收集姿勢(shì)和運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)檢查502。將姿勢(shì)和運(yùn)動(dòng)歷史數(shù)據(jù)與預(yù)先確定的對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的不可接受的影響的閾值進(jìn)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(cè)量目標(biāo)表面。某些實(shí)施例還可以使用MU數(shù)據(jù)針對(duì)儀器姿勢(shì)角度503(當(dāng)正在比較的參照的取向不同時(shí)非常有用)來校正所捕捉的MPI。某些實(shí)施例還可以使用MU數(shù)據(jù)來偏置連續(xù)MPI從而針對(duì)連續(xù)捕捉事件之間的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行校正。
[0042]做為啟發(fā)性但非限制性示例，描述了測(cè)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(cè)量飛行器的一部分上的緊固件的便攜式計(jì)量?jī)x器的示例。緊固件621將機(jī)身蓋620附裝至底層框架或其他結(jié)構(gòu)。某些緊固件622突出，從而干擾跨過機(jī)身蓋620的氣流并增強(qiáng)阻力。殼體611中的便攜式3D計(jì)量?jī)x器對(duì)來自投影組件601的PMI605M進(jìn)行投影。PMI 605M中的條紋被機(jī)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(jī)606捕捉PMI 605M以供處理。在此，照相機(jī)606的視野示出為稍微大于PMI 605M，但其他實(shí)施例可以使照相機(jī)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(shí)質(zhì)上的重疊足夠了。
[0044]本實(shí)施例具有從無線遙控裝置617接收控制信號(hào)616的無線接收器615。這是一種使用戶能夠在沒有機(jī)械地接合殼體611的任何一部分的情況下發(fā)送“測(cè)量”或其他命令的方式，避免了開始測(cè)量的行為將產(chǎn)生不想要的儀器運(yùn)動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。控制信號(hào)616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(hào)。
[0045]標(biāo)識(shí)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(yùn)行。在從所捕捉的MPI提取了 3D點(diǎn)云之后，在點(diǎn)云內(nèi)使用所存儲(chǔ)的關(guān)于緊固件尺寸和形狀的數(shù)據(jù)識(shí)別緊固件。對(duì)于所找到的緊固件中的每一個(gè)，計(jì)算一個(gè)最佳適配橢圓。從該橢圓外側(cè)的圓環(huán)上的三個(gè)或更多個(gè)點(diǎn)云點(diǎn)計(jì)算最佳適配的外平面。從該橢圓內(nèi)部的圓環(huán)上的三個(gè)或更多個(gè)點(diǎn)云點(diǎn)計(jì)算最佳適配的內(nèi)平面。這兩個(gè)平面之間的角度表示緊固件頭部的角度誤差，并且這兩個(gè)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(jié)果圖像中的每個(gè)緊固件上將所導(dǎo)出的結(jié)果標(biāo)記為假彩色、灰度、符號(hào)、或標(biāo)簽。
[0046]使用投影儀校準(zhǔn)的過程中所存儲(chǔ)的點(diǎn)以及(在某些情況下)從測(cè)量結(jié)果所采樣的點(diǎn)使結(jié)果圖像彎曲(變換成與表面上的投影條件匹配的坐標(biāo))。這保證了當(dāng)結(jié)果圖像被投影在目標(biāo)表面上時(shí)結(jié)果圖像緊固件標(biāo)記落在相應(yīng)緊固件上。
[0047]圖6B展示了在飛行器上顯示被測(cè)量的緊固件的結(jié)果圖像(RI)的便攜式計(jì)量?jī)x器的示例。在前述圖中示為在進(jìn)行中的測(cè)量是完成的，并且投影組件601現(xiàn)在將結(jié)果圖像605R投影在被測(cè)量的表面上。緊固件630在預(yù)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(yuǎn))和632(凹陷太深，如其周圍所標(biāo)記的不規(guī)則斑點(diǎn)所示彎曲周圍的表面)的方式標(biāo)記。RI 605R還可以包括文本633 (是否與測(cè)量相關(guān))、基準(zhǔn)點(diǎn)634、導(dǎo)航菜單635、和狀態(tài)指示器如監(jiān)測(cè)板上電池626的電池充電指示器636。
[0048]在某些實(shí)施例中，為了當(dāng)前目標(biāo)表面上的最佳易讀性，所投影的信息如633-636由處理器自動(dòng)定位或調(diào)整亮度或顏色。在某些實(shí)施例中，儀器內(nèi)部的MU保持文本633水平，即使儀器在轉(zhuǎn)動(dòng)。在某些實(shí)施例中，照相機(jī)606捕捉有待存儲(chǔ)的結(jié)果圖像605R以供存檔、統(tǒng)計(jì)、或進(jìn)一步操縱。
[0049]圖7展示了獨(dú)立式便攜式計(jì)量?jī)x器的示例。殼體711可以暫時(shí)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(jì)量?jī)x器的示例。在此，單腳架841在允許組件向目標(biāo)表面820傾斜的支點(diǎn)842處結(jié)束。電池826安裝在單腳架841內(nèi)部，靠近頂部以便輕松訪問?？梢杂萌魏晤愋偷膯文_架或三腳架實(shí)現(xiàn)安裝腿內(nèi)部的電池艙；在某些設(shè)計(jì)中，為了機(jī)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(duì)在頂點(diǎn)844結(jié)束的桿843。當(dāng)支點(diǎn)842停留在地板上并且點(diǎn)844停留在目標(biāo)表面820上時(shí)，形成傾斜的三腳架。麥克風(fēng)815可以接收語音命令，另一種在不移動(dòng)儀器的情況下發(fā)起測(cè)量的方式；這同樣可以在其他實(shí)施例上實(shí)現(xiàn)。
[0051]圖9展示了手持式便攜式計(jì)量?jī)x器的示例。手柄945可以方便地?cái)y帶、或固定殼體911以便測(cè)量。在非自動(dòng)聚焦的實(shí)施例中，可以提供有紋理的聚焦環(huán)946以便照相機(jī)和投影光學(xué)器件的手動(dòng)聚焦。在某些實(shí)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(cè)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(shí)施例。這種更復(fù)雜的方式的原因可以包括需要連續(xù)同時(shí)測(cè)量和結(jié)果圖像顯示(盡管在許多情形下單個(gè)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(cè)量波長(zhǎng)。在醫(yī)學(xué)上，例如組織穿透近紅外波長(zhǎng)可以用于測(cè)量皮膚最外層下的特征，并且近紫外波長(zhǎng)可以用于測(cè)量已經(jīng)涂敷了熒光標(biāo)記物的表面(例如，以標(biāo)識(shí)癌細(xì)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(shí)施例。這些投影儀可以彼此臨近或在中央照相機(jī)的任一側(cè)，只要所投影的視野與照相機(jī)的視野重疊。
[0053]可以通過手勢(shì)而不是鍵盤、鼠標(biāo)或其他物理輸入設(shè)備控制如之前在此所描述的便攜式計(jì)量?jī)x器的實(shí)施例。這些手勢(shì)可以是2d或3d手勢(shì)。手勢(shì)控制可以用于改善用戶與便攜式計(jì)量?jī)x器和目標(biāo)表面的交互。例如，用戶可以與投影在表面上的用戶提示進(jìn)行交互。借助增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)可視化顯示器可看見這些提示。交互的示例包括發(fā)起動(dòng)作、控制設(shè)置、切換模式等?？梢酝ㄟ^使用手勢(shì)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(shì)來選擇(虛擬的/投影的)按鈕1003的手1002。在本實(shí)施例中，內(nèi)置式手勢(shì)電子設(shè)備模塊1001促進(jìn)3D掃描儀內(nèi)的手勢(shì)感測(cè)能力。圖11類似地示出了使用‘?dāng)D捏和拉伸’手勢(shì)來放大窗口 1102的手1101。
[0054]手勢(shì)控制在傳統(tǒng)輸入裝置如鍵盤或鼠標(biāo)不方便的情況下對(duì)便攜式計(jì)量?jī)x器有用。例如，當(dāng)沒有鍵盤的空間時(shí)、當(dāng)在對(duì)于鍵盤太過具有挑戰(zhàn)性的骯臟環(huán)境中時(shí)、或當(dāng)操作者需要使其手空閑以進(jìn)行其他活動(dòng)時(shí)，手勢(shì)控制可能有用。
[0055]手勢(shì)控制可以用不只一種方式結(jié)合在便攜式計(jì)量?jī)x器中。第一種方式僅使用內(nèi)置照相機(jī)606。內(nèi)置照相機(jī)606用于計(jì)量和手勢(shì)識(shí)別兩者。軟件對(duì)照相機(jī)606的雙重功能進(jìn)行協(xié)調(diào)。這在不需要附加硬件時(shí)有利。第二種方式使用手勢(shì)電子設(shè)備模塊1001，該手勢(shì)電子設(shè)備模塊內(nèi)置于便攜式計(jì)量?jī)x器中并被配置成用于檢測(cè)和解釋手勢(shì)。例如，厲動(dòng)(LeapMot1n)或Kinect硬件和軟件包可以整合在便攜式計(jì)量?jī)x器中。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是，這些現(xiàn)成的手勢(shì)電子設(shè)備模塊的SDK可用并且容易整合到便攜式計(jì)量?jī)x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(jī)606。這種方式使用三角法來使能3d手勢(shì)識(shí)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(shì)與該表面進(jìn)行交互，例如滑動(dòng)以移動(dòng)投影的滑塊或點(diǎn)擊在投影的按鈕上。第四種方式使用電容式或磁性設(shè)備測(cè)量面板上方的電場(chǎng)或磁場(chǎng)的變化，并因此使能指尖的3d識(shí)別以及因此手勢(shì)識(shí)別。
[0056]本領(lǐng)域技術(shù)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(hù)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(quán)利要求書的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種用于測(cè)量表面的裝置，該裝置包括: 一個(gè)便攜式殼體； 一個(gè)投影組件，安裝在該便攜式殼體內(nèi)并將一個(gè)圖像投影在該表面上， 一個(gè)照相機(jī)，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(cè)量數(shù)據(jù)，以及 一個(gè)處理器，控制該投影組件和該照相機(jī)并從該照相機(jī)接收該測(cè)量數(shù)據(jù)，其中 該投影組件包括一個(gè)圖像生成器、一個(gè)光源、和一系列投影光學(xué)器件， 該圖像包括一個(gè)測(cè)量圖案圖像或一個(gè)結(jié)果圖像，以及 該處理器通過分析對(duì)應(yīng)于該測(cè)量圖案圖像的數(shù)據(jù)導(dǎo)出該結(jié)果圖像的一種特征。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該便攜式殼體包括以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng):一個(gè)手柄、一個(gè)單腳架、和一個(gè)間隔物。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)安裝在該便攜式殼體內(nèi)的便攜式電源。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該處理器包括一個(gè)安裝在該便攜式殼體內(nèi)的板上處理器部件。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該圖像生成器包括一個(gè)液晶陣列和一個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)之一。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該光源具有一個(gè)受該處理器控制的可變光譜并且包括一個(gè)發(fā)光二極管。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該光源、圖像生成器、和投影光學(xué)器件系列中的至少一項(xiàng)對(duì)投影該測(cè)量圖案圖像和該結(jié)果圖像都有幫助。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)輔助光源，該輔助光源具有一個(gè)在可見光譜之外的波長(zhǎng)。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，進(jìn)一步包括以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng):與該輔助光源兼容的一個(gè)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(xué)器件。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該照相機(jī)被配置成用于排除將以其他方式在該測(cè)量數(shù)據(jù)中造成誤差的環(huán)境光。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)慣性測(cè)量單元，該慣性測(cè)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(shì)和運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。
12.一種用于測(cè)量表面的方法，該方法包括: 相對(duì)于該表面對(duì)一個(gè)便攜式計(jì)量?jī)x器進(jìn)行定位， 將一個(gè)測(cè)量圖案圖像從該便攜式計(jì)量?jī)x器投影到該表面上， 捕捉該便攜式計(jì)量?jī)x器中來自該測(cè)量圖案圖像的測(cè)量數(shù)據(jù)， 從該測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算一個(gè)表示該表面的點(diǎn)云， 從該點(diǎn)云并從所存儲(chǔ)的信息創(chuàng)建一個(gè)結(jié)果圖像， 將該結(jié)果圖像變換成與該表面上的多個(gè)投影條件匹配的坐標(biāo)，以及 將該結(jié)果圖像從該便攜式計(jì)量?jī)x器投影到該表面上。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，在該測(cè)量圖像之后的0.1秒內(nèi)投影該結(jié)果圖像。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，該結(jié)果圖像包括以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng):該測(cè)量的一種假彩色表示、該測(cè)量的結(jié)果的一個(gè)概要、一個(gè)取決于該測(cè)量的符號(hào)、一個(gè)字母數(shù)字字符、一個(gè)導(dǎo)航符號(hào)、一個(gè)狀態(tài)指示器、一個(gè)菜單、和一條指令。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括監(jiān)測(cè)該便攜式計(jì)量?jī)x器的姿勢(shì)和運(yùn)動(dòng)，并執(zhí)行以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng): 如果在該測(cè)量圖案圖像的投影和捕捉的過程中該便攜式計(jì)量?jī)x器移動(dòng)超過一個(gè)預(yù)先確定的閾值，發(fā)布一條提醒， 存儲(chǔ)正在測(cè)量的該表面的一個(gè)區(qū)域的位置和取向， 調(diào)整該點(diǎn)云以對(duì)該測(cè)量圖案圖像的投影和捕捉的過程中該便攜式計(jì)量?jī)x器的姿勢(shì)和運(yùn)動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，以及 對(duì)該結(jié)果圖像中的一個(gè)特征位置和取向進(jìn)行適配，以對(duì)該結(jié)果圖像的投影過程中該便攜式計(jì)量?jī)x器的姿勢(shì)和運(yùn)動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括記錄被投影在該表面上時(shí)的該結(jié)果圖像。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括調(diào)整該結(jié)果圖像中的顏色、亮度、和特征位置至少之一以優(yōu)化該結(jié)果圖像的可見性或易讀性，其中，該調(diào)整部分地響應(yīng)于該測(cè)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(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，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(gè)結(jié)構(gòu)光圖案， 將該結(jié)構(gòu)光圖案投影在一個(gè)表面上以產(chǎn)生一個(gè)測(cè)量圖案圖像， 捕捉該測(cè)量圖案圖像作為測(cè)量數(shù)據(jù)， 記錄影響該測(cè)量數(shù)據(jù)的一段姿勢(shì)和運(yùn)動(dòng)歷史， 用該參考數(shù)據(jù)和該姿勢(shì)和運(yùn)動(dòng)歷史分析該測(cè)量數(shù)據(jù)以產(chǎn)生一個(gè)測(cè)量結(jié)果， 從該測(cè)量結(jié)果和該用戶界面顯示數(shù)據(jù)生成一個(gè)結(jié)果圖像， 將該結(jié)果圖像變換成表面投影坐標(biāo)以產(chǎn)生一個(gè)經(jīng)校正的結(jié)果圖像，以及 將該經(jīng)校正的結(jié)果圖像投影到該表面上。
19.用于測(cè)量表面的裝置，該裝置包括: 用于將一個(gè)測(cè)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(cè)量圖案圖像作為測(cè)量數(shù)據(jù)的裝置， 用于從該測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)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(gè)結(jié)果圖像的裝置， 用于將該結(jié)果圖像投影在該表面上從而使得相對(duì)于該表面的多種相應(yīng)特征精確地定位該結(jié)果圖像的多種特征的裝置，以及 用于保護(hù)性地封閉并手動(dòng)地運(yùn)輸該投影裝置和該捕捉裝置的裝置。
20.如權(quán)利要求19所述的用于測(cè)量表面的裝置，進(jìn)一步包括用于跟蹤該保護(hù)性封閉及手動(dòng)運(yùn)輸裝置的姿勢(shì)和運(yùn)動(dòng)的裝置。
21.一種用于測(cè)量表面的裝置，該裝置包括: 一個(gè)便攜式殼體； 一個(gè)投影組件，安裝在該便攜式殼體內(nèi)并將一個(gè)圖像投影在該表面上，其中，該投影組件包括一個(gè)圖像生成器、一個(gè)光源、和一系列投影光學(xué)器件， 一個(gè)照相機(jī)，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(cè)量數(shù)據(jù)，其中，該圖像包括一個(gè)測(cè)量圖案圖像或一個(gè)結(jié)果圖像，其中，該照相機(jī)進(jìn)一步被配置成用于捕捉多種手勢(shì)，以及 一個(gè)處理器，控制該投影組件和該照相機(jī)并從該照相機(jī)接收該測(cè)量數(shù)據(jù)，其中，該處理器通過分析對(duì)應(yīng)于該測(cè)量圖案圖像的數(shù)據(jù)導(dǎo)出該結(jié)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(jī)所捕捉到的手勢(shì)并基于這些已解釋的手勢(shì)執(zhí)行多條命令。
22.如權(quán)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(gè)控制圖像以與一個(gè)用戶進(jìn)行交互。
23.一種用于測(cè)量表面的裝置，該裝置包括: 一個(gè)便攜式殼體； 一個(gè)投影組件，安裝在該便攜式殼體內(nèi)并將一個(gè)圖像投影在該表面上，其中，該投影組件包括一個(gè)圖像生成器、一個(gè)光源、和一系列投影光學(xué)器件， 一個(gè)照相機(jī)，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(cè)量數(shù)據(jù)，其中，該圖像包括一個(gè)測(cè)量圖案圖像或一個(gè)結(jié)果圖像， 一個(gè)被配置成用于捕捉和解釋手勢(shì)的手勢(shì)識(shí)別設(shè)備，以及一個(gè)處理器，該處理器控制該投影組件和該照相機(jī)并從該照相機(jī)接收該測(cè)量數(shù)據(jù)，其中，該處理器通過分析對(duì)應(yīng)于該測(cè)量圖案圖像的數(shù)據(jù)導(dǎo)出該結(jié)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(shì)識(shí)別設(shè)備所接收到的多條命令。
【文檔編號(hào)】G01B11/25GK104487800SQ201380037304
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2013年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月15日
【發(fā)明者】埃里克·克拉斯 申請(qǐng)人:巴特里有限責(zé)任公司