專利名稱:具有任意幾何形狀的物體的外形的獲取的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在其上具有工具痕跡的物體的分析和比較的領(lǐng)域，并且特別地涉及具有變形和/或非常規(guī)形狀的物體的分析。
背景技術(shù)：
在法庭學(xué)領(lǐng)域中，對(duì)涉及槍械的犯罪案件的調(diào)查利用彈道比較試驗(yàn)從而確定在犯罪現(xiàn)場(chǎng)找到的子彈或者廢彈殼是否是通過(guò)所懷疑的槍械所發(fā)射。彈道比較試驗(yàn)依賴于當(dāng)槍械發(fā)射時(shí)在一份證據(jù)的表面所產(chǎn)生的條紋和/或印跡。這些條紋和/或印跡具有充分的特點(diǎn)以體現(xiàn)該槍械的特征。因此通過(guò)比較兩顆子彈或兩彈殼的條紋或印跡特征，有可能推斷出他們是否是通過(guò)相同的槍械所發(fā)射。相似地，通過(guò)比較兩個(gè)物體上所表現(xiàn)的用工具來(lái)進(jìn)行的切割、撬、捶擊或其他行為的工具痕跡的條紋和/或印跡，有可能推斷出上述行為是用相同的工具所為。
大部分現(xiàn)有的自動(dòng)彈道的和/或工具痕跡的比較系統(tǒng)獲取2D的亮度圖像L (X，Y)。其他的系統(tǒng)還獲取3D地形圖像，也就是說(shuō)，一份彈道的證據(jù)上的區(qū)域的地形圖Z(X，Y)，其中Z是相對(duì)于使用的傳感器的位置(X，Y)的表面的局部高度。一般地，用于分析的目的所需要的一份彈道的證據(jù)或一份工具痕跡的證據(jù)的區(qū)域要大于用來(lái)測(cè)量上述表面特性所使用的傳感器的視場(chǎng)。因?yàn)樵搮^(qū)域要大于該傳感器的視場(chǎng)，若干3D和2D圖像接連地被獲取并且在每個(gè)圖像獲取之間向待測(cè)量的表面施加移動(dòng)。3D圖像然后合并成一個(gè)獨(dú)特的，更大的圖像(并且類似地對(duì)于2D圖像)。
當(dāng)獲取表現(xiàn)工具痕跡式樣的物體的每個(gè)單獨(dú)3D和2D圖像時(shí)，視場(chǎng)內(nèi)的表面必須盡可能的垂直于傳感器的光軸。對(duì)于表面分析相關(guān)的信息是該標(biāo)記的形狀，長(zhǎng)度和深度。如果該表面沒(méi)有局部地垂直于光軸，可能會(huì)發(fā)生遮擋，并且用來(lái)定義深度的該標(biāo)記的底部將不能完全地成像。此外，因?yàn)樵S多其上的工具痕跡被有效轉(zhuǎn)移的表面在性質(zhì)上是金屬的，并且考慮到來(lái)自具有強(qiáng)鏡面影響的金屬表面的光反射，大部分被反射回傳感器的光來(lái)自幾乎垂直于光軸的區(qū)域。因?yàn)槟莻€(gè)原因，一些3D傳感器技術(shù)，包括共焦的，很難找到?jīng)]有合理地垂直于光軸的金屬表面的3D地形。
當(dāng)獲取具有完美地圓柱形截面的物體的3D地形時(shí)，比如早期的發(fā)射子彈，如果該子彈被安裝為其對(duì)稱軸完美地沿馬達(dá)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)軸對(duì)準(zhǔn)并且待獲得的起始區(qū)域被設(shè)置垂直于傳感器的光軸，在數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中該物體會(huì)充分的旋轉(zhuǎn)。子彈的簡(jiǎn)單旋轉(zhuǎn)將會(huì)確保傳感器的視場(chǎng)內(nèi)的表面總是垂直于傳感器的軸。在平坦表面的情況下，不旋轉(zhuǎn)是必須的。平坦表面被安裝為使其起始區(qū)域垂直于傳感器軸。平移運(yùn)動(dòng)然后足以確保所有其他的獲取的區(qū)域同樣保持垂直于該軸。[0008]變形的子彈或者任意的表現(xiàn)工具痕跡的表面的情形是非常地不同的，其能顯示大量的各種形狀橢圓形的，平坦的，局部地凹的，等等?，F(xiàn)有技術(shù)中已知的技術(shù)不能適用于這些任意形狀，因?yàn)樗鼈儾荒艽_保適當(dāng)?shù)牟蹲骄植课⒌匦巍?br>
發(fā)明內(nèi)容
依照本發(fā)明的一個(gè)廣泛的方面，提供了一種用于對(duì)為獲取其表面的光學(xué)傳感器系統(tǒng)上的物體定位的方法，所述傳感器系統(tǒng)具有一組馬達(dá)，用于繞垂直于所述傳感器系統(tǒng)的光軸的馬達(dá)軸旋轉(zhuǎn)所述物體以及沿Χ，γ和Z方向平移所述物體，所述方法包括(a)獲取所述傳感器系統(tǒng)的視場(chǎng)中的區(qū)域的地形圖；(b)計(jì)算表示所述區(qū)域的所述地形圖的地形的法線；(C)確定所述法線和所述傳感器系統(tǒng)的所述光軸之間的角度差；(d)將所述角度差與閾值角度比較以確定所述區(qū)域的所述表面是否垂直于所述傳感器軸；(e)如果所述角度差大于閾值角度，旋轉(zhuǎn)所述物體以獲得小于所述閾值角度的新的不同角度；以及(f)在所述旋轉(zhuǎn)移動(dòng)了所述區(qū)域之后，平移所述物體以將所述區(qū)域重新定位在所述視場(chǎng)中。
依照本發(fā)明的另一個(gè)廣泛的方面，提供了一種用于為獲取物體表面的光學(xué)傳感器系統(tǒng)的物體定位系統(tǒng)，所述傳感器系統(tǒng)具有一組用于繞馬達(dá)軸旋轉(zhuǎn)所述物體和沿X，Y和Z方向平移所述物體的馬達(dá)，所述馬達(dá)軸垂直于所述傳感器系統(tǒng)的光軸，所述系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的處理器；能夠由所述處理器訪問(wèn)的存儲(chǔ)器；以及結(jié)合至所述處理器的應(yīng)用程序，所述應(yīng)用程序被配置為(a)獲取所述傳感器系統(tǒng)的視場(chǎng)中的區(qū)域的地形圖；(b)計(jì)算代表所述區(qū)域的所述地形圖的地形的法線；(C)確定所述法線和所述傳感器系統(tǒng)的所述光軸之間的角度差；(d)將所述角度差和閾值角度比較以確定所述區(qū)域的所述表面是否垂直于所述傳感器軸；(e)如果所述角度差大于閾值角度，旋轉(zhuǎn)所述物體以獲得小于所述閾值角度的新的不同角度；以及(f)在所述旋轉(zhuǎn)移動(dòng)了所述區(qū)域之后，平移所述物體以將所述區(qū)域重新定位在所述視場(chǎng)中。
應(yīng)該理解，雖然本說(shuō)明書(shū)使用子彈和彈殼來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，但本文所述的概念可以擴(kuò)展到既不是圓形、也不是圓柱形、也不是平坦的、并且為了獲得大體地垂直于傳感器系統(tǒng)的光軸的表面而需要利用旋轉(zhuǎn)和/或平移進(jìn)行重新定位的任何物體。另外，措辭“光學(xué)傳感器”應(yīng)該被理解為利用從作為信息源的表面反射或發(fā)射電磁射線來(lái)獲取圖像的任何傳感器的意義。此外，雖然本說(shuō)明書(shū)引用旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸近似地平行于子彈的對(duì)稱軸(對(duì)沒(méi)變形的情況來(lái)說(shuō))并垂直于豎直方向，本文所述的概念可以擴(kuò)展到同時(shí)垂直于之前的軸和豎直方向的第二馬達(dá)軸。


本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說(shuō)明而變得更加明顯，其中
圖I圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的用于獲取任意幾何形狀的物體的表面的傳感器系統(tǒng)；
圖2A為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式示出了具有中心點(diǎn)P的給定剖面和繞馬達(dá)軸旋轉(zhuǎn)的給定軸的位置、從而形成具有中心點(diǎn)P’的剖面的地形的圖；
圖2B為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式示出了具有平移向量δ的圖2Α的旋轉(zhuǎn)地形的圖，其中需要平移向量S以使得該地形的區(qū)域返回至它的初始位置；
圖3A為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式示出了具有第一剖面和第一軸位置以及具有繞第一旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)ΘΝ后獲得的法線N’的最終剖面的地形的圖；
圖3Β的圖示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式如圖3Α中的相同的但是具有不同的馬達(dá)軸位置的剖面，以及在實(shí)施了相同的旋轉(zhuǎn)ΘΝ后獲得的最終剖面之間的比較；
圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式,用于定位為了獲取其表面的光學(xué)傳感器系統(tǒng)上的物體的方法的流程圖；
圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，用于根據(jù)連續(xù)獲取的區(qū)域之間的預(yù)定的交疊值而將表面移動(dòng)至下一待獲取的區(qū)域的方法的流程圖；
圖6是流程圖，其根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式圖示了一種用于設(shè)定傳感器的視場(chǎng)中的表面 的一部分的初始位置的方法；
圖7是流程圖，其根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式圖示了一種用于尋找相對(duì)于參考坐標(biāo)系中的參考點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸位置的方法；
圖8是流程圖，其根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式圖示了一種用于計(jì)算表面的一部分的法線的方法；
圖9是為根據(jù)實(shí)施方式圖示了在物體的表面上連續(xù)地獲取的兩個(gè)剖面的圖；
圖10Α，10Β和IOC為示出了剖面“ I”和在實(shí)施了旋轉(zhuǎn)和平移之后的相同的剖面，現(xiàn)在標(biāo)記為“2”的圖。該平移與兩剖面之間(共同區(qū)域用粗體示出)的固定的預(yù)定的交疊一致，并且該旋轉(zhuǎn)確保剖面“2”的中心點(diǎn)的法線是沿著光軸。根據(jù)交疊是否小于，等于或大于50%而描述了三種情形。
應(yīng)當(dāng)注意到，在整個(gè)附圖中相同的特征都以相同的標(biāo)號(hào)標(biāo)識(shí)。
具體實(shí)施方式
圖I圖示了用于獲取彈道證據(jù)102的圖像的裝置100。要被測(cè)量的表面被安裝在旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸(RMA)的頂端。該表面的一部分，被稱為一“片”，其處于傳感器104的視場(chǎng)(FOV)內(nèi)。旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸(RMA)可以利用平移馬達(dá)而沿X和Y方向平移。在圖中，傳感器104還可以利用另一個(gè)平移馬達(dá)而沿豎直(Z)方向移動(dòng)。然而，應(yīng)該理解，基本的原理和算法也適用于固定傳感器和可以沿Z方向移動(dòng)的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)。在某些實(shí)施方式中，物體可以維持在固定的位置并且傳感器可以沿X，Y，和/或Z方向移動(dòng)。在FOV下的表面區(qū)域通過(guò)表面的平均法線的法線N而表征。對(duì)于任意的表面來(lái)說(shuō)，法線N可能非常地不同于光軸(OA)的方向。雖然本發(fā)明使用RMA，應(yīng)該理解的是，基本的原理和算法也適用于通過(guò)X和Y坐標(biāo)適當(dāng)?shù)慕粨Q的傾斜旋轉(zhuǎn)軸(TM)。措辭“旋轉(zhuǎn)軸(MA) ”將用來(lái)指RMA或TM。
圖2Α和2Β圖示了一種給定的3D地形Z(X，Y)，以一種簡(jiǎn)單的方式示出了如通過(guò)圖I的系統(tǒng)所獲得的，具有法線N的平均剖面ZAv_ge (Y)。在傳感器參考坐標(biāo)系中，剖面的點(diǎn)的Y坐標(biāo)覆蓋從0(原點(diǎn))到剖面的長(zhǎng)度之間的范圍。如果法線N不是大體地平行于光軸(OA),在表面上施加一旋轉(zhuǎn)θ N以使得法線的方向沿0A,如N’表不。旋轉(zhuǎn)ΘΝ相對(duì)于MA而完成。然而，所施加的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致將獲取的片區(qū)域發(fā)生重大的移動(dòng)。區(qū)域的中心點(diǎn)，其初始地處于P，由于旋轉(zhuǎn)而被移動(dòng)至P’。該旋轉(zhuǎn)在圖2Α中圖示。在某些情況下，該區(qū)域可能離開(kāi)視場(chǎng)。這時(shí)在該表面上執(zhí)行平移以抵消該影響，如圖2Β中所示。該平移的目的是將P’返回至P。初始區(qū)域現(xiàn)在已經(jīng)處于視場(chǎng)中(P” = P)，其具有沿光軸的正法線N” = N’。Os是傳感器參考的(即，參考坐標(biāo)系的參考點(diǎn))以及P是剖面中點(diǎn)。 是來(lái)自O(shè)s的馬達(dá)軸位置向量。如圖2B所示,意指的移動(dòng)為剖面繞點(diǎn)P的旋轉(zhuǎn)。然而,如圖2A所示，唯一可能的物體旋轉(zhuǎn)為繞旋轉(zhuǎn)軸MA。因此，由于P和MA沒(méi)有重合，從而需要平移J。向量#為％和^ 的函數(shù)。
圖3A和3B示出了具有相同初始剖面但是不同旋轉(zhuǎn)軸的兩種情況。在圖3A所示的例子中，最終的剖面(粗體表示)來(lái)自繞系統(tǒng)的實(shí)際馬達(dá)軸的旋轉(zhuǎn)，而圖3B的示例中的虛線剖面是繞任意地設(shè)定在傳感器坐標(biāo)系的原點(diǎn)的不同軸而數(shù)字完成的旋轉(zhuǎn)。向量T示出了兩個(gè)最終剖面圖的向量差。這說(shuō)明了旋轉(zhuǎn)后的剖面的位置是旋轉(zhuǎn)軸的函數(shù)。然后我們可以得出這樣的結(jié)論，將使得剖面返回至視場(chǎng)中的平移友也是旋轉(zhuǎn)軸的函數(shù)。
為了計(jì)算用于使剖面返回至傳感器系統(tǒng)的視場(chǎng)中的平移，能找到相對(duì)于固定在空間中的點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸，其被選為傳感器坐標(biāo)系的原點(diǎn)。該原點(diǎn)被用來(lái)作為參考坐標(biāo)系中 的參考點(diǎn)。同樣也可以選擇其他的原點(diǎn)。原點(diǎn)的X-Y位置被定義為與具有坐標(biāo)(0，0)的圖像像素有關(guān)的量。原點(diǎn)的Z位置從傳感器的標(biāo)定可知。程序然后用來(lái)確定旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸的位置。一旦旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸相對(duì)于第一片的位置已知，由于其中涉及子彈(并且因此，旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸的)沿Y(并且可能是Z，如果設(shè)備是被設(shè)定為具有固定的傳感器)的平移，因而在表面獲取過(guò)程中實(shí)施更新。
圖4說(shuō)明了一種適于定位在其中獲取表面的光傳感器系統(tǒng)上的物體的方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，可以用來(lái)獲得顯示工具痕跡的表面的一部分的帶狀的3D地形。最終的圖像，通常被稱為馬賽克，是后來(lái)合并的幾個(gè)地形的結(jié)果，該幾個(gè)地形具有表面的相應(yīng)的部分地交疊區(qū)域，當(dāng)相應(yīng)的表面區(qū)域垂直地處于光傳感器之下時(shí)，測(cè)量這些地形中的每一個(gè)。
圖4的方法的幾個(gè)步驟是方法本身，其涉及其他的步驟且其將在下面進(jìn)行充分地描述。實(shí)際上，步驟400和401可以倒過(guò)來(lái)。對(duì)于施加于表面的每一次旋轉(zhuǎn)和/或平移而從步驟400走至401 (或反之)，旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸的位置，當(dāng)已知時(shí)，因此而被更新。比如，如果在設(shè)定待獲取的初始區(qū)域前選擇測(cè)量旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸的位置，在旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸的位置的測(cè)量和第一片的初始地形捕獲之間產(chǎn)生的每個(gè)表面平移在測(cè)量的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸的位置被更新。
開(kāi)始，對(duì)獲取的表面的區(qū)域定界的初始和最終的馬達(dá)位置被設(shè)定400。該步驟將在下面作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。獲得相對(duì)于傳感器系統(tǒng)軸的原點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸的位置401，其通過(guò)獲取的傳感器的視場(chǎng)(FOV)覆蓋的數(shù)據(jù)的(0，0)像素以及從傳感器的標(biāo)定程序而找到的Z = O的位置所限定。該步驟將在下面作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。馬達(dá)軸的位置被更新402，以使得旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的位置被返回至那些相應(yīng)于初始的獲取片的位置。知道利用Y和Z平移Yftans和Zftans而達(dá)到表面的該區(qū)域，旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸的位置然后被更新如下
Ry-updated — ^Y+Ytrans ;
Rz_updated = Rz+ZTrans (如果旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸沿Z移動(dòng)并且照相機(jī)被固定)
Rz_updated = Rz (如果照相機(jī)沿Z移動(dòng)而旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸沒(méi)有)
獲取3D地形403，即，獲取視場(chǎng)內(nèi)的當(dāng)前區(qū)域的地形圖Z(X，Y)。該步驟依靠用來(lái)獲取3D地形的特殊的傳感器技術(shù)。在這一點(diǎn)上，也同樣可以獲取表示表面相同的部分的2D發(fā)光圖像。計(jì)算代表在步驟403中獲取的表面的地形的法線N404。該步驟將在下面作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。還計(jì)算用于馬達(dá)移動(dòng)的重新配置參數(shù)405。如下計(jì)算下列參數(shù)[0037]Θ ^just =法線N和傳感器的光軸之間的角度差；
Yadjust =-Ky* (I-Nz)+Kz*Ny;
Zadjust =-Ky* (-Ny)+Kz* (I-Nz)；
其中Ky = Py+Ry ；KZ = Pz+Rz，以及其中Py，Pz為片的中心點(diǎn)的坐標(biāo)；以及Ry，Rz為傳感器系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸的位置的坐標(biāo)。Ry和Rz從步驟401初始地獲得。
如果調(diào)整角度的絕對(duì)值(Θ ^just)大于給定的較小的閾值(Θ THEESH0LD)，則片沒(méi)有垂直于傳感器軸。表面然后根據(jù)在之前的步驟中計(jì)算的調(diào)整角度和位移被旋轉(zhuǎn)和平移406。旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸的位置然后被更新如下
Ry-updated — Ry+YAdjust ;
Rz_updated = Rz+ZAdJust (如果旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸沿Z移動(dòng)并且照相機(jī)被固定)；
Rz_updated = Rz (如果照相機(jī)沿Z移動(dòng)而旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸沒(méi)有)。
一旦表面的旋轉(zhuǎn)和平移的參數(shù)完成，算法返回至步驟403?？商娲?，如果調(diào)整角度(0ADJTBT)的絕對(duì)值小于給定的小的閾值(Θ THREaroLD)，片被假定為幾乎垂直于傳感器軸。最新獲取的地形是有效的并且與當(dāng)前正在進(jìn)行的馬賽克合并407。合并方法是多樣的并且是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。通過(guò)相似性測(cè)量，將最新獲取的地形與從最終的馬達(dá)設(shè)定位置而獲取的地形比較408。如果兩地形被裁定一致，這時(shí)獲取結(jié)束。否則，表面被移動(dòng)至待獲取的下一區(qū)域409，以確保連續(xù)獲取的區(qū)域之間的預(yù)定的交疊值。在繼續(xù)至下一獲取的區(qū)域之后，算法返回至步驟403。
用于移動(dòng)表面至將被獲取的下一區(qū)域409以確保連續(xù)獲取的區(qū)域之間的預(yù)定的交疊值的策略可能不同。在第一種策略中，通過(guò)預(yù)定的固定值旋轉(zhuǎn)表面以確保連續(xù)獲取的區(qū)域之間的預(yù)定的交疊值。旋轉(zhuǎn)的方向(即，旋轉(zhuǎn)角度步驟的符號(hào))應(yīng)當(dāng)與對(duì)待獲得的區(qū)域定界的初始和最終位置之間的Θ坐標(biāo)差一致。該方法對(duì)于具有圓形截面(像圓柱體)且其幾何中心與馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)軸心相一致的表面是最佳的。
在第二種策略中，表面平移預(yù)定的固定值位移，以確保連續(xù)獲取的區(qū)域之間的預(yù)定交疊值。平移的方向(即，位移y的符號(hào))應(yīng)當(dāng)與對(duì)待獲得的區(qū)域定界的初始和最終位置之間的Y坐標(biāo)差一致。該方法對(duì)于平坦表面來(lái)說(shuō)是最優(yōu)的。
這兩種策略對(duì)于任意的幾何形狀來(lái)說(shuō)不是最優(yōu)的，因?yàn)樗鼈儠?huì)產(chǎn)生從步驟403至406的冗長(zhǎng)的迭代循環(huán)。另一種策略，對(duì)于非圓形和非平坦表面，以及對(duì)于連續(xù)獲取的區(qū)域之間50%預(yù)定的固定交疊將在圖5和圖IOA中進(jìn)行說(shuō)明。沿相應(yīng)于Y以及初始和最終位置之間的Θ坐標(biāo)差的方向的當(dāng)前的片(處于視場(chǎng)的邊界)的地形的最遠(yuǎn)點(diǎn)，圖IOA中的點(diǎn)P))的局部法線被識(shí)別502。旋轉(zhuǎn)表面以使那個(gè)點(diǎn)的法線平行于光軸503。表面然后平移位移y504，以使那個(gè)點(diǎn)處于視場(chǎng)的中心(圖IOA中的點(diǎn)P’ )。旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸的位置被更新為Ry-update = Ry+位移y509。圖IOA示出了具有標(biāo)引“I”的初始的剖面，以及在施加旋轉(zhuǎn)和平移之后的具有標(biāo)弓丨“2”的相同的剖面。平移與兩剖面(共同區(qū)域以粗體表示)之間固定的50%的交疊一致以及旋轉(zhuǎn)確保剖面“2”的中心點(diǎn)的法線沿光軸方向。旋轉(zhuǎn)的角度為P處的法線的方向和光軸(沿Z)的方向之間的角度差。
在期望的交疊> 50%的交疊估值501的情況下，與連續(xù)獲取的區(qū)域(沿與Y和初始與最終位置之間的Θ坐標(biāo)差一致的方向)之間的預(yù)定固定交疊一致的當(dāng)前片的點(diǎn)的位置被確定505。由于交疊大于50%，該點(diǎn)(圖IOB中的P)不在視場(chǎng)的邊界。P的位置通過(guò)在兩個(gè)如下極限情況之間的線性插值法而發(fā)現(xiàn)關(guān)于交疊50% P處于視場(chǎng)的邊界，且關(guān)于交疊100% P處于視場(chǎng)的中心。因此，對(duì)于一般的交疊> 50%來(lái)說(shuō)，P處于距離視場(chǎng)的邊界為L(zhǎng)*(交疊-50)/100處，其中L為剖面的長(zhǎng)度。該點(diǎn)處的局部的法線被識(shí)別506。旋轉(zhuǎn)表面以使得該點(diǎn)的法線平行于光軸507。旋轉(zhuǎn)的角度為P處的法線的方向和光軸(沿Z)的方向的角度差。平移表面位移y以使得該點(diǎn)處于視場(chǎng)的中心508(圖IOB中的點(diǎn)P’)。旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸的位置被更新為Ry_update = Ry+位移y509。
對(duì)于交疊<50%的情況，當(dāng)前的片(處于視場(chǎng)的邊界，沿與Y和初始與最終的位置之間的Θ坐標(biāo)差一致的方向，圖IOC中的點(diǎn)P)的地形的最遠(yuǎn)點(diǎn)的局部法線被確定510。那法線與光軸的方向之間的角度β被識(shí)別511。然后旋轉(zhuǎn)表面(1+α)*β的角度，β角度的倍數(shù)，其中正參數(shù)A將在下面進(jìn)行說(shuō)明512。平移表面位移y以使點(diǎn)P超過(guò)視場(chǎng)513的中心(處于圖IOC中的P’)。平移相應(yīng)于預(yù)期的交疊。旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸的位置被更新509至Ry_update =Ry+ {Α/·移 y。
當(dāng)交疊< 50%時(shí)，旋轉(zhuǎn)的角度是主要的未知數(shù)，因?yàn)榉椒ǖ哪康木褪鞘沟米畛踉谝晥?chǎng)之外的點(diǎn)Q處于視場(chǎng)的中心，其法線沿光軸的方向。因?yàn)镼處的法線是未知數(shù)，必須近似的使用外推法，基于P處的法線和剖面“I”的中心處的法線，其通過(guò)限定為垂直的。簡(jiǎn)單的模型是假定剖面上的常數(shù)局部曲率。這意味著旋轉(zhuǎn)的角度是(1+Α)*β，其中A= (I-交疊/50)。當(dāng)交疊為50%時(shí)這將減少為角度β的旋轉(zhuǎn)，而當(dāng)交疊接近O時(shí)，角度2*β。然而，一些其他的外推模型也可以利用，只要當(dāng)交疊接近50%時(shí)α接近O。
該方法對(duì)于預(yù)定交疊值要大于或等于50%時(shí)是最優(yōu)的，因?yàn)橄鄼C(jī)下所帶來(lái)的地形的部分是已知的且用來(lái)計(jì)算對(duì)于將其放在適當(dāng)位置所必須的平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。步驟403到406的循環(huán)這時(shí)將被最小化。對(duì)于交疊的預(yù)定值小于50%的情況，大部分在相機(jī)下所帶來(lái)的區(qū)域的地形預(yù)先是未知的。從而很可能通過(guò)步驟403到406的一些迭代循環(huán)將是必須的。
正如以上關(guān)于步驟400所說(shuō)明的那樣，其中一個(gè)步驟是設(shè)定傳感器的FOV中的表面的一部分的初始位置。無(wú)論何時(shí)用戶將表面的一部分放置于傳感器的FOV內(nèi)時(shí)這都將被采用。這確保傳感器的FOV中的表面是垂直于光軸的。在以上說(shuō)明的方法的整個(gè)過(guò)程中，這可能需要完成多次。比如為了設(shè)定表面的對(duì)將獲得的表面的范圍界定的初始和最終區(qū)域的位置，以及為了設(shè)定表面的用來(lái)確定以傳感器作參考的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸的位置的區(qū)域的位置。這在卷繞表面的情況下(諸如子彈的表面，變形的或未變形的)也可能僅僅完成一次，其中初始和最終的獲取片一致并且當(dāng)該片進(jìn)一步的用來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸的位置。
圖6說(shuō)明了該方法的實(shí)施方式。600獲取3D地形，即，處于視場(chǎng)內(nèi)的當(dāng)前地區(qū)域的地形圖Ζ(Χ，Y)。該步驟依靠用來(lái)獲取3D地形的特殊的傳感器技術(shù)。這里，代表表面的相同部分的2D發(fā)光圖像同樣也可以被獲取。601計(jì)算在步驟600中捕獲的代表表面的地形的法線N。該步驟將進(jìn)一步在下面作詳細(xì)的說(shuō)明。計(jì)算法線N和光軸之間的角度
如果測(cè)量的角度(Θ measured)的絕對(duì)值低于給定的小閾值(θ threshold)，片垂直于傳感器光軸且所有的馬達(dá)位置都保存在內(nèi)存606中。如果測(cè)量的角度(θ ■_)的絕對(duì)值大于給定的小閾值(Θ threshold)，這時(shí)片不垂直于傳感器軸而且物體在相應(yīng)于測(cè)量角度的方向(即，它的符號(hào))上以小角度旋轉(zhuǎn)602。圖9說(shuō)明了以角度θια的旋轉(zhuǎn)。
603獲取第二個(gè)3D地形，S卩，處于視場(chǎng)內(nèi)的當(dāng)前地區(qū)域的地形圖Ζ(Χ，Y)。該步驟依靠用來(lái)獲取3D地形的特殊的傳感器的技術(shù)。這里，代表表面的相同的部分的2D發(fā)光圖像同樣也可以獲取。604確定步驟600和603中獲取的一對(duì)圖像之間在Y上的相對(duì)位移。一對(duì)地形圖像和/或2D發(fā)光圖像可以使用(不是必須的使用外形圖像，因?yàn)閆上的相對(duì)位移不是所關(guān)心的)。作為步驟602中進(jìn)行的小旋轉(zhuǎn)的結(jié)果，兩圖像都具有重大的共同區(qū)域。任何類型的圖像相似度測(cè)量算法都可以被用來(lái)確定Y上的相對(duì)位移。這樣的一種算法在一組位移值上定義相似度值。兩圖像之間的相對(duì)位移被限定為與優(yōu)化的相似度值相關(guān)的一個(gè)。605將表面平移在604中發(fā)現(xiàn)以相對(duì)位移。這里，視場(chǎng)內(nèi)的區(qū)域也是與步驟600相同。然而，由于在602中執(zhí)行的旋轉(zhuǎn)，地形的方向發(fā)生改變。FOV內(nèi)的區(qū)域的地形圖重新被獲取600，法線又重新被計(jì)算601以比較
Q MEASURED 和 ^ THRESHOLD 如果 ^ MEASURED 的絕對(duì)值低于
θ masmLD，則片垂直于傳感器光軸且所有的馬達(dá)位置被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中606。
在許多視覺(jué)反饋經(jīng)系統(tǒng)的顯示給予用戶的情況中，用戶可以視覺(jué)上地計(jì)算出旋轉(zhuǎn)，并最終地計(jì)算出改善垂直度所需要的平移。自動(dòng)的搜索過(guò)程也可以用于提供朝向垂直 的旋轉(zhuǎn)和平移的推測(cè)。
如上述在步驟401中所說(shuō)明的，一個(gè)步驟用來(lái)找到相對(duì)于傳感器坐標(biāo)系的原點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸的位置。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，如下描述了一種執(zhí)行該步驟的方式，在圖7的流程圖中得以說(shuō)明。初始的馬達(dá)設(shè)定位置以這樣的方式被設(shè)定，該方式為被用于旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸的位置的測(cè)量的表面的區(qū)域處于傳感器的FOV中700。用來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸的位置的區(qū)域以這樣的方式被選擇，該方式為表面的小旋轉(zhuǎn)不會(huì)導(dǎo)致物體和傳感器之間的碰撞。在表面的特殊的區(qū)域上設(shè)定一組馬達(dá)的位置的步驟在上面已經(jīng)詳細(xì)描述過(guò)。
獲取3D地形701，也就是，獲取當(dāng)前位于視場(chǎng)內(nèi)的區(qū)域的地形圖Z(X，Y)。該步驟依靠用于獲取3D地形的特殊的傳感器技術(shù)。這里，同樣也可以獲取代表表面的相同部分的2D發(fā)光圖像。以預(yù)定的小角度Θ small轉(zhuǎn)動(dòng)表面702。該角度被限定以使碰撞的風(fēng)險(xiǎn)最小化并且確保連續(xù)的片之間的良好交疊。典型值為I到6度之間。獲取3D地形703，即，當(dāng)前位于視場(chǎng)內(nèi)的區(qū)域的地形圖Z(X，Y)。該步驟依靠用于獲取3D地形的特殊的傳感器技術(shù)。這里，同樣也可以獲取代表表面的相同部分的2D發(fā)光圖像。相對(duì)的旋轉(zhuǎn)角度(Θ Measured)，當(dāng)前的地形和之前測(cè)量的地形之間的Y和Z位移被測(cè)量704。這可能是通過(guò)計(jì)算一組角旋轉(zhuǎn)上的兩地形的共同區(qū)域之間的相似度測(cè)量，兩地形的Y和Z的相對(duì)平移而完成的。最佳的旋轉(zhuǎn)角度，Y和Z的位移被限定為與最高的計(jì)算的相似度測(cè)量有關(guān)的量。
旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸的臨時(shí)位置，僅僅與當(dāng)前和之前的片一致，由相對(duì)角度，Y和Z的位移(Λ Y和Λ Z)而計(jì)算705，之前在步驟704中計(jì)算，以方程式
Ry ΤΕΜΡ = 1/2* [_ Δ Y-Δ Ζ* (sin Δ θ ) / (1-cos Δ θ )]；
Rz ΤΕΜΡ = 1/2* [- Δ Z+ Δ Y* (sin Δ θ ) / (Ι-cos Δ θ ) ] ·
描述了在先前計(jì)算的臨時(shí)的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)位置的置信度的非負(fù)權(quán)重被計(jì)算706。該置信度是兩個(gè)比較的剖面的粗糙度和相似度的增函數(shù)。旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸的位置&和&被計(jì)算707，作為所有臨時(shí)的位置Rtemp的加權(quán)平均，采用在當(dāng)前和以前的迭代處發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量權(quán)重。
奐=Σ (Vr鮮」*權(quán)氧)/ Σ (權(quán)重
_);
α權(quán)氧νΣ(權(quán)重,.)·[0065]每個(gè)迭代的Ry和Rz的值被存儲(chǔ)。采用關(guān)于旋轉(zhuǎn)馬達(dá)軸的位置的最后的N計(jì)算值測(cè)試程序的收斂度708。一個(gè)可能的關(guān)于檢測(cè)收斂度的程序是確定&和Rz的最后的N值的方差是否小于預(yù)定的閾值，其中N是大于I的硬編碼的整數(shù)。如果其中至少Ry和Rz的N值可獲得，則該測(cè)試可以執(zhí)行。否則，該解還沒(méi)有收斂。如果該解沒(méi)有收斂，返回至步驟702，否則程序結(jié)束。(Ry，Rz)的初始位置被假定為關(guān)于第一次迭代的(0，0)。其他的被本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的測(cè)試收斂的方法也可以應(yīng)用。圖8更為詳細(xì)的展示了圖6中的步驟601，其是一種用于計(jì)算表面的一部分的平均法線的方法。假設(shè)測(cè)量的代表表面的部分的地形給定為該方法的輸入。平均剖面Zavekme(Y)限定為沿Y方向，其描述了地形的一般形狀800。平均數(shù)剖面可以是剖面Zaveeme⑴=Z(X，Y)的X的平均數(shù)(加權(quán)的或未加權(quán)的)或者中值，或者Z(X，Y)的X的中值。平均剖面精確的數(shù)學(xué)計(jì)算可以作為輸入給定的表面的類型函數(shù)而變化。平均剖面的法線N被計(jì)算801。該法線是通過(guò)在每個(gè)點(diǎn)上的剖面的局部法線求平均而建立的
N = (Ny, Nz) = i (N_i)的平均數(shù)；
其中局部的法線可以通過(guò)與鄰點(diǎn)的有限差分而建立；
Ni= ([ζ⑴-ζ (i+1) ]，-([y⑴_(tái)y (i+Ι)])或者通過(guò)其他的基于一個(gè)或多個(gè)鄰點(diǎn)的技術(shù)。
雖然在圖4-8中所示的該方法的流程模塊以一個(gè)特定的順序出現(xiàn)，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，許多的塊是可以互換的并且可以以不同于所示的順序發(fā)生而不會(huì)顯著地影響該方法的最終結(jié)果。另外，雖然本發(fā)明涉及駐留在處理器的代碼或功能，但是這并不意味著限制了所描述的方法的可能應(yīng)用的范圍。任何系統(tǒng)的處理器都可以采用，只要不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
雖然本發(fā)明主要地描述為一種方法，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，本發(fā)明也涉及一種用于實(shí)施所述公開(kāi)的方法的裝置并且包括用于執(zhí)行每一個(gè)描述的方法的流程模塊的裝置元件，由硬件組件的方式，通過(guò)適當(dāng)?shù)能浖幹频挠?jì)算程序以使所公開(kāi)的方法得以實(shí)行，通過(guò)兩者的任何結(jié)合，或以任何其他的方式。此外，用于裝置的加工的物品，比如預(yù)記錄的存儲(chǔ)設(shè)備或者其他相似的包括在其上記錄的程序指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，或計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算機(jī)可讀程序指令可以指示裝置以方便所公開(kāi)的方法的實(shí)行。
以上描述的本發(fā)明的實(shí)施方式僅僅是示例性的。在不偏離本發(fā)明意指的范圍的情況下，那些本領(lǐng)域的技術(shù)可以對(duì)特定的實(shí)施方式做出變更，修改和變化。特別是，從一個(gè)或多個(gè)上述的示例性實(shí)施方式中選擇的特征可以結(jié)合起來(lái)去創(chuàng)造替代的示例性實(shí)施方式?jīng)]有明確地描述，特征適于該結(jié)合對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。此處所述的主旨在列舉的以覆蓋和包含所有適合的技術(shù)上的變化的權(quán)利要求
中。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)為獲取其表面的光學(xué)傳感器系統(tǒng)上的物體定位的方法，所述傳感器系統(tǒng)具有一組馬達(dá)，用于繞垂直于所述傳感器系統(tǒng)的光軸的馬達(dá)軸旋轉(zhuǎn)所述物體以及沿X，Y和Z方向平移所述物體，所述方法包括 (a)獲取所述傳感器系統(tǒng)的視場(chǎng)中的區(qū)域的地形圖； (b)計(jì)算表示所述區(qū)域的所述地形圖的地形的法線； (C)確定所述法線和所述傳感器系統(tǒng)的所述光軸之間的角度差； (d)將所述角度差與閾值角度比較以確定所述區(qū)域的所述表面是否垂直于所述傳感器軸； (e)如果所述角度差大于閾值角度，旋轉(zhuǎn)所述物體以獲得小于所述閾值角度的新的不同角度；以及 (f)在所述旋轉(zhuǎn)移動(dòng)了所述區(qū)域之后，平移所述物體以將所述區(qū)域重新定位在所述視場(chǎng)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I的方法，進(jìn)一步包括對(duì)所述區(qū)域的所述地形圖重復(fù)步驟(a)至(f)直到所述平移之后的所述新的不同角度小于所述閾值角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I和2中任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括 移動(dòng)所述物體和傳感器中的至少一個(gè)以提供所述傳感器系統(tǒng)的視場(chǎng)中的新的表面區(qū)域；以及 對(duì)所述表面的多重區(qū)域重復(fù)步驟(a)至(f)并且合并多重區(qū)域以建立所述物體的所述表面的圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求
I到2中任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括 將所述一組馬達(dá)設(shè)定為用于所述表面的初始獲取的初始位置和用于所述表面的最終獲取的最終位置；以及 確定所述馬達(dá)軸相對(duì)于參考坐標(biāo)系中的位置參考的實(shí)際位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求
3的方法，進(jìn)一步包括 將所述一組馬達(dá)設(shè)定為用于所述表面的初始獲取的初始位置和用于所述表面的最終獲取的最終位置；以及 確定所述馬達(dá)軸相對(duì)于參考坐標(biāo)系中的位置參考的實(shí)際位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求
4的方法，其中所述確定所述馬達(dá)軸的實(shí)際位置包括 (g)假定所述馬達(dá)軸的實(shí)際位置為(O，O)； (h)獲取所述傳感器系統(tǒng)的視場(chǎng)中的區(qū)域的第一地形圖，所述傳感器系統(tǒng)具有處于所述初始位置的所述一組馬達(dá)； (i)執(zhí)行所述表面以小的Θ值繞所述馬達(dá)軸的旋轉(zhuǎn)； U)獲取所述傳感器系統(tǒng)的視場(chǎng)中的區(qū)域的之后的地形圖； (k)測(cè)量所述第一地形圖和所述之后的地形圖之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)以及位移； (I)僅利用所述第一地形圖和所述之后的地形圖計(jì)算臨時(shí)的馬達(dá)軸位置； (m)計(jì)算描述所述臨時(shí)的馬達(dá)軸位置的置信度的置信度權(quán)重； (η)利用所述置信度權(quán)重和所述臨時(shí)的馬達(dá)軸位置更新所述馬達(dá)軸位置的實(shí)際位置； (ο)測(cè)試所述實(shí)際位置的收斂性；以及 (P)重復(fù)步驟(i)至(ο)直到達(dá)到收斂。
7.根據(jù)權(quán)利要求
4的方法，其中所述將所述一組馬達(dá)設(shè)定為初始位置包括 (q)獲取所述傳感器系統(tǒng)的視場(chǎng)中的區(qū)域的第一地形圖； (r)計(jì)算代表所述區(qū)域的所述地形圖的地形的法線； (S)測(cè)量所述法線和所述光軸之間的角度并且與閾值角度進(jìn)行比較； (t)如果所測(cè)量的角度大于所述閾值角度，以小的值旋轉(zhuǎn)所述物體來(lái)獲得新的角度； (U)獲取所述旋轉(zhuǎn)之后處于所述視場(chǎng)內(nèi)的區(qū)域的第二地形圖； (v)確定來(lái)自所述第一地形圖和所述第二地形圖的公用數(shù)據(jù)之間的相對(duì)位移； (W)以所述相對(duì)位移平移所述物體并且重復(fù)步驟(q)至(W)直到所測(cè)量的角度小于所述閾值角度；以及 (X)如果所測(cè)量的角度小于所述閾值角度，存儲(chǔ)所述一組馬達(dá)的當(dāng)前位置作為所述初始位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7的方法，其中所述(r)計(jì)算代表所述區(qū)域的所述地形圖的地形的法線包括 限定沿Y方向描述所述地形的普通形狀的平均剖面；以及 計(jì)算所述平均剖面的法線。
9.根據(jù)權(quán)利要求
3的方法，其中所述移動(dòng)所述物體和傳感器中的至少一個(gè)以提供所述視場(chǎng)中的新的表面區(qū)域包括具有連續(xù)區(qū)域之間的大于50%的交疊。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9的方法，其中所述移動(dòng)包括 確定當(dāng)前的片的點(diǎn)的位置，所述片與連續(xù)獲取的區(qū)域之間的預(yù)定的固定的交疊一致； 識(shí)別處于所述點(diǎn)處的法線； 旋轉(zhuǎn)所述物體以使得所述點(diǎn)的所述法線平行于所述光軸； 平移所述表面位移y以使得所述點(diǎn)處于視場(chǎng)的中心；以及 將所述馬達(dá)軸位置更新為Ry-Updat6 = Ry+位移y。
11.根據(jù)權(quán)利要求
3的方法，其中所述移動(dòng)所述物體和傳感器中的至少一個(gè)以提供處于所述視場(chǎng)中的新的表面區(qū)域包括具有連續(xù)區(qū)域之間的小于50%的交疊。
12.根據(jù)權(quán)利要求
11的方法，其中所述移動(dòng)包括 識(shí)別處于所述視場(chǎng)的邊界的當(dāng)前的片的地形的最遠(yuǎn)點(diǎn)的法線； 確定所述法線和所述光軸之間的角度β ; 以角度(1+α)*β旋轉(zhuǎn)所述物體，其中α是正的參數(shù)，其是交疊的減函數(shù)，當(dāng)交疊趨近于50%時(shí)該參數(shù)α趨近于零； 將所述物體平移位移y以使得所述點(diǎn)超過(guò)和所述交疊一致的所述視場(chǎng)的中心；以及 將所述馬達(dá)軸位置更新為Ry-Updat6 = Ry+位移y。
13.根據(jù)權(quán)利要求
3的方法，其中所述移動(dòng)所述物體和傳感器中的至少一個(gè)以提供處于所述視場(chǎng)中的新的表面區(qū)域包括具有連續(xù)區(qū)域之間的約為50%的交疊。
14.根據(jù)權(quán)利要求
13的方法，其中所述移動(dòng)包括 識(shí)別處于所述視場(chǎng)的邊界的當(dāng)前的片的地形的最遠(yuǎn)點(diǎn)的法線； 旋轉(zhuǎn)所述物體以使得所述最遠(yuǎn)點(diǎn)的法線平行于所述光軸； 平移所述表面以使得所述最遠(yuǎn)點(diǎn)處于所述視場(chǎng)的中心；以及 將所述馬達(dá)軸位置更新為Ry-Updat6 = Ry+位移y。
15.一種用于為獲取物體表面的光學(xué)傳感器系統(tǒng)的物體定位系統(tǒng)，所述傳感器系統(tǒng)具有一組用于繞馬達(dá)軸旋轉(zhuǎn)所述物體和沿X，Y和Z方向平移所述物體的馬達(dá)，所述馬達(dá)軸垂直于所述傳感器系統(tǒng)的光軸，所述系統(tǒng)包括 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的處理器； 能夠由所述處理器訪問(wèn)的存儲(chǔ)器；以及 結(jié)合至所述處理器的應(yīng)用程序，所述應(yīng)用程序被配置為 (a)獲取所述傳感器系統(tǒng)的視場(chǎng)中的區(qū)域的地形圖； (b)計(jì)算代表所述區(qū)域的所述地形圖的地形的法線； (c)確定所述法線和所述傳感器系統(tǒng)的所述光軸之間的角度差； (d)將所述角度差和閾值角度比較以確定所述區(qū)域的所述表面是否垂直于所述傳感器軸； (e)如果所述角度差大于閾值角度，旋轉(zhuǎn)所述物體以獲得小于所述閾值角度的新的不同角度；以及 (f)在所述旋轉(zhuǎn)移動(dòng)了所述區(qū)域之后，平移所述物體以將所述區(qū)域重新定位在所述視場(chǎng)中。
16.根據(jù)權(quán)利要求
15的系統(tǒng)，其中所述應(yīng)用程序還被配置為 將所述一組馬達(dá)設(shè)定為用于所述表面的初始獲取的初始位置和用于所述表面的最終獲取的最終位置；以及 確定所述馬達(dá)軸相對(duì)于參考坐標(biāo)系中的位置參考的實(shí)際位置。
17.根據(jù)權(quán)利要求
16的系統(tǒng)，其中所述確定所述馬達(dá)軸的實(shí)際位置包括 (g)假定所述馬達(dá)軸的實(shí)際位置為(O，O)； (h)獲取所述傳感器系統(tǒng)的視場(chǎng)中的區(qū)域的第一地形圖，所述傳感器系統(tǒng)具有處于所述初始位置的所述一組馬達(dá)； (i)執(zhí)行所述表面以小的Θ值繞所述馬達(dá)軸的旋轉(zhuǎn)； (j)獲取所述傳感器系統(tǒng)的視場(chǎng)中的區(qū)域的之后的地形圖； (k)測(cè)量所述第一地形圖和所述之后的地形圖之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)以及位移； (I)僅利用所述第一地形圖和所述之后的地形圖計(jì)算臨時(shí)的馬達(dá)軸位置； (m)計(jì)算描述臨時(shí)的馬達(dá)軸位置的置信度的置信度權(quán)重； (η)利用所述置信度權(quán)重和所述臨時(shí)的馬達(dá)軸位置更新所述馬達(dá)軸位置的實(shí)際位置； (ο)測(cè)試所述實(shí)際位置的收斂性；以及 (P)重復(fù)步驟(i)至(ο)直到達(dá)到收斂。
18.根據(jù)權(quán)利要求
16或17的系統(tǒng)，其中所述將所述一組馬達(dá)設(shè)定為初始位置包括 (q)獲取所述傳感器系統(tǒng)視場(chǎng)中的區(qū)域的第一地形圖； (r)計(jì)算代表所述區(qū)域的所述地形圖的地形的法線； (S)測(cè)量所述法線和所述光軸之間的角度并且與閾值角度進(jìn)行比較； (t)如果所測(cè)量的角度大于所述閾值角度，以小的值旋轉(zhuǎn)所述物體來(lái)獲得新的角度； (U)獲取所述旋轉(zhuǎn)之后處于所述視場(chǎng)內(nèi)的區(qū)域的第二地形圖； (v)確定來(lái)自所述第一地形圖和所述第二地形圖的公用數(shù)據(jù)之間的相對(duì)位移； (W)以所述相對(duì)位移平移所述物體并且重復(fù)步驟(q)至(W)直到所測(cè)量的角度小于所述閾值角度；以及 (χ)如果所測(cè)量的角度小于所述閾值角度，存儲(chǔ)所述一組馬達(dá)的當(dāng)前位置作為所述初始位置。
19.根據(jù)權(quán)利要求
18的系統(tǒng)，其中所述(r)計(jì)算代表所述區(qū)域的所述地形圖的地形的法線包括 限定沿Y方向描述所述地形的普通形狀的平均剖面；以及 計(jì)算所述平均剖面的法線。
20.根據(jù)權(quán)利要求
15至17中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述應(yīng)用程序進(jìn)一步被配置為 移動(dòng)所述物體和傳感器中的至少一個(gè)以提供所述傳感器系統(tǒng)的所述視場(chǎng)中的新的表面區(qū)域；以及 對(duì)所述表面的多重區(qū)域重復(fù)步驟(a)至(f)并且合并多重區(qū)域以建立所述物體的所述表面的圖像。
21.根據(jù)權(quán)利要求
18的系統(tǒng)，其中所述應(yīng)用程序進(jìn)一步被配置為 移動(dòng)所述物體和傳感器中的至少一個(gè)以提供所述傳感器系統(tǒng)的所述視場(chǎng)中的新的表面區(qū)域；以及 對(duì)所述表面的多重區(qū)域重復(fù)步驟(a)至(f)并且合并多重區(qū)域以建立所述物體的所述表面的圖像。
22.根據(jù)權(quán)利要求
20的系統(tǒng)，其中所述移動(dòng)所述物體和傳感器中的至少一個(gè)以提供處于所述視場(chǎng)中的新的表面區(qū)域包括具有連續(xù)區(qū)域之間的大于50%的交疊。
23.根據(jù)權(quán)利要求
22的系統(tǒng)，其中所述移動(dòng)包括 確定當(dāng)前的片的點(diǎn)的位置，所述片與連續(xù)獲取的區(qū)域之間的預(yù)定的固定的交疊一致； 識(shí)別處于所述點(diǎn)處的法線； 旋轉(zhuǎn)所述物體以使得所述點(diǎn)的所述法線平行于所述光軸； 將所述表面平移位移y以使得所述點(diǎn)處于視場(chǎng)的中心；以及 更新所述馬達(dá)軸位置為Ry-Updat6 = Ry+位移y。
24.根據(jù)權(quán)利要求
20的系統(tǒng)，其中所述移動(dòng)所述物體和傳感器中的至少一個(gè)以提供處于所述視場(chǎng)中的新的表面區(qū)域包括具有連續(xù)區(qū)域之間的小于50%的交疊。
25.根據(jù)權(quán)利要求
24的系統(tǒng)，其中所述移動(dòng)包括 識(shí)別處于所述視場(chǎng)的邊界的當(dāng)前的片的地形的最遠(yuǎn)點(diǎn)的法線； 確定所述法線和所述光軸之間的角度β ; 以角度(1+α)*β旋轉(zhuǎn)所述物體，其中α是正的參數(shù)，是交疊的減函數(shù)，當(dāng)交疊趨近于50%時(shí)該參數(shù)α趨近于零； 將所述物體平移位移y以使得遠(yuǎn)離所述視場(chǎng)的中心的點(diǎn)和交疊一致；以及 將所述馬達(dá)軸位置更新為Ry-Updat6 = Ry+位移y。
26.根據(jù)權(quán)利要求
20的系統(tǒng)，其中所述移動(dòng)所述物體和傳感器中的至少一個(gè)以提供處于所述視場(chǎng)中的新的表面區(qū)域包括具有連續(xù)區(qū)域之間的約為50%的交疊。
27.根據(jù)權(quán)利要求
26的方法，其中所述移動(dòng)包括 識(shí)別處于所述視場(chǎng)的邊界的當(dāng)前的片的地形的最遠(yuǎn)點(diǎn)的法線； 旋轉(zhuǎn)所述物體以使得所述最遠(yuǎn)點(diǎn)的法線平行于所述光軸；平移所述表面以使得所述最遠(yuǎn)點(diǎn)處于所述視場(chǎng)的中心；以及將所述馬達(dá)軸位置更新為Ry-Updat6 = Ry+位移y。
專利摘要
描述了一種用于對(duì)為獲取其表面的光學(xué)傳感器系統(tǒng)上的物體定位的方法，所述傳感器系統(tǒng)具有一組馬達(dá)，用于繞垂直于所述傳感器系統(tǒng)的光軸的馬達(dá)軸旋轉(zhuǎn)所述物體以及沿X，Y和Z方向平移所述物體，所述方法包括(a)獲取所述傳感器系統(tǒng)的視場(chǎng)中的區(qū)域的地形圖；(b)計(jì)算表示所述區(qū)域的所述地形圖的地形的法線；(c)確定所述法線和所述傳感器系統(tǒng)的所述光軸之間的角度差；(d)將所述角度差與閾值角度比較以確定所述區(qū)域的所述表面是否垂直于所述傳感器軸；(e)如果所述角度差大于閾值角度，旋轉(zhuǎn)所述物體以獲得小于所述閾值角度的新的不同角度；以及(f)在所述旋轉(zhuǎn)移動(dòng)了所述區(qū)域之后，平移所述物體以將所述區(qū)域重新定位在所述視場(chǎng)中。
文檔編號(hào)G01B11/30GKCN102027316SQ200980117384
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2009年5月15日
發(fā)明者丹尼·羅伯格, 阿蘭·布查珀 申請(qǐng)人:司法技術(shù)Wai公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (4),