具有附加的感應(yīng)裝置的激光掃描儀的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]本文中所公開的主題涉及激光掃描儀,并且具體地,涉及能夠獲取并且顯示與掃描對(duì)象有關(guān)的多個(gè)參數(shù)的激光掃描儀。
[0002]激光掃描儀是利用光源來測(cè)量和確定對(duì)象的表面上的點(diǎn)的三維坐標(biāo)的一種裝置。激光掃描儀通常用于掃描封閉空間或開放空間(例如建筑物、工業(yè)設(shè)施和隧道的內(nèi)部區(qū)域)。激光掃描儀可以用于多種用途,包括工業(yè)應(yīng)用和事故再現(xiàn)應(yīng)用。激光掃描儀可以用于通過獲取表示體積內(nèi)的對(duì)象的數(shù)據(jù)點(diǎn),來光學(xué)掃描和測(cè)量掃描儀周圍的體積中的對(duì)象。通過將光束傳送到對(duì)象上并且采集反射光或散射光以確定距離、兩個(gè)角(即方位角和天頂角)以及可選的灰度值來獲得這種數(shù)據(jù)點(diǎn)。原始掃描數(shù)據(jù)被采集、存儲(chǔ)并且發(fā)送至一個(gè)或更多個(gè)處理器以生成表示掃描區(qū)域或?qū)ο蟮娜S圖像。為了生成圖像,對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)采集至少三個(gè)值。這三個(gè)值可以包括距離和兩個(gè)角,或者可以是變換值,如x、y、z坐標(biāo)。
[0003]一些現(xiàn)代的激光掃描儀還包括相機(jī),相機(jī)被安裝到激光掃描儀上或集成到激光掃描儀中,用來收集環(huán)境的相機(jī)數(shù)字圖像并且用來向操作者呈現(xiàn)相機(jī)數(shù)字圖像。通過查看相機(jī)圖像,操作者可以確定被測(cè)體積的范圍,并且對(duì)激光掃描儀的設(shè)置進(jìn)行調(diào)整以對(duì)空間的較大區(qū)域或較小區(qū)域進(jìn)行測(cè)量。此外,可以將相機(jī)數(shù)字圖像發(fā)送給處理器以對(duì)掃描儀圖像添加顏色。為了生成彩色掃描儀圖像,對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)采集至少六個(gè)值(三個(gè)位置值,例如x、y、z ;以及顏色值,例如紅色值,綠色值和藍(lán)色值或“RGB”)。
[0004]因此,盡管現(xiàn)有的激光掃描儀適于其預(yù)期目的,但是需要的是具有本發(fā)明的實(shí)施方式的某些特征的激光掃描儀。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面,提供了一種用于對(duì)環(huán)境進(jìn)行光學(xué)掃描和測(cè)量的激光掃描儀。激光掃描儀包括用于射出發(fā)射光束以測(cè)量環(huán)境中的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的光發(fā)射器,該光發(fā)射器耦接至旋轉(zhuǎn)單元。接收器被設(shè)置成用于接收從多個(gè)測(cè)量點(diǎn)反射的反射光束,該接收器耦接至旋轉(zhuǎn)單元。第一圖像獲取單元被配置成記錄包括多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的環(huán)境的區(qū)域的可見圖像。感應(yīng)裝置被配置成記錄區(qū)域的采集數(shù)據(jù)的第二圖像。用戶接口被設(shè)置。處理器可操作地耦接至接收器、第一圖像獲取單元、第二圖像獲取單元和用戶接口,當(dāng)在處理器上執(zhí)行可執(zhí)行計(jì)算機(jī)指令時(shí),該處理器響應(yīng)可執(zhí)行計(jì)算機(jī)指令以用于將來自可見圖像的顏色值和來自第二圖像的采集數(shù)據(jù)值與多個(gè)測(cè)量點(diǎn)中的每個(gè)測(cè)量點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供了一種使用激光掃描儀查看三維坐標(biāo)的方法。該方法包括采用激光掃描儀獲取區(qū)域的數(shù)據(jù)點(diǎn)。獲取區(qū)域的視覺圖像。采集區(qū)域的數(shù)據(jù)圖像。在顯示器上顯示數(shù)據(jù)點(diǎn)的圖像。選擇所顯示的數(shù)據(jù)點(diǎn)的圖像的第一部分,并且顯示可見圖像的與第一部分對(duì)應(yīng)的一部分。選擇所顯示的數(shù)據(jù)點(diǎn)的圖像的第二部分,并且顯示采集數(shù)據(jù)圖像的與第二部分對(duì)應(yīng)的一部分。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的又一方面,提供了一種裝置。該裝置包括具有中心和處理器的激光掃描儀,其中,激光掃描儀被配置成通過光束對(duì)環(huán)境進(jìn)行光學(xué)掃描和測(cè)量來進(jìn)行掃描,其中,處理器被配置成確定環(huán)境中的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的三維坐標(biāo)。第一感應(yīng)器電耦接至處理器。第一感應(yīng)器被配置成獲取視覺光譜中的第一圖像。第二感應(yīng)器電耦接至處理器,第二感應(yīng)器被配置成獲取采集數(shù)據(jù)的第二圖像。用戶接口耦接至激光掃描儀。其中,處理器被配置成對(duì)中心的任意偏移和第一感應(yīng)器的取向以及第二感應(yīng)器的取向進(jìn)行校正,以將第一圖像和第二圖像與多個(gè)點(diǎn)關(guān)聯(lián)。
[0008]結(jié)合附圖根據(jù)下述說明使這些和其他優(yōu)點(diǎn)和特征變得更加明顯。
【附圖說明】
[0009]在說明書的結(jié)論部分處的權(quán)利要求書中特別地指出和清楚地聲明了被視為本發(fā)明的主題。根據(jù)結(jié)合附圖的以下詳細(xì)描述,本發(fā)明的前述和其他特征和優(yōu)點(diǎn)是明顯的,在附圖中:
[0010]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的激光掃描儀的立體圖;
[0011]圖2是圖1中的激光掃描儀的側(cè)面立體圖;
[0012]圖3是圖1中的激光掃描儀的仰視圖;
[0013]圖4是圖1中對(duì)體積進(jìn)行光學(xué)掃描和測(cè)量的的激光掃描儀的示意圖;
[0014]圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的圖1中的激光掃描儀的包括由操作者使用的觸摸屏的用戶接口屏幕的圖示;
[0015]圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的使用激光掃描儀來測(cè)量體積并且獲取空間體積的環(huán)境參數(shù)的處理的流程圖;
[0016]圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的圖5中的具有三維掃描圖像視圖的用戶接口屏幕的圖示;
[0017]圖8包括圖8A,是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的圖6中的具有視覺圖像疊加和參數(shù)圖像疊加的用戶接口屏幕的圖示;
[0018]圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的使用激光掃描儀來測(cè)量體積并且獲取空間體積的參數(shù)和視頻圖像的處理的流程圖;
[0019]圖10是圖5中的具有關(guān)注區(qū)域的視頻圖像疊加的用戶接口屏幕的圖示;以及
[0020]圖11是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的激光掃描儀的示意圖。
[0021]【具體實(shí)施方式】部分參照附圖以示例的方式說明了本發(fā)明的實(shí)施方式、優(yōu)點(diǎn)和特征。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明的實(shí)施方式提供了可以獲取與掃描體積有關(guān)的感應(yīng)發(fā)射和攝影圖像的激光掃描裝置??梢詫呙钄?shù)據(jù)、感應(yīng)發(fā)射以及攝影圖像同時(shí)顯示在圖形顯示器上以增強(qiáng)操作者對(duì)掃描體積的可視化。在一個(gè)實(shí)施方式中,圖形顯示器被集成在掃描儀裝置上。文中所使用的術(shù)語發(fā)射是指來自觀察對(duì)象的任何形式的能量或粒子。可以理解的是,例如,發(fā)射的量(如光)可以來自單獨(dú)的光源并且通過對(duì)象以反射發(fā)射或散射發(fā)射的形式被再輻射(例如,反射可見光)。感應(yīng)發(fā)射可以包括可采用非接觸式感應(yīng)器測(cè)量的環(huán)境發(fā)射,例如可見光、紅外光和紫外光、太赫茲波、毫米波、X射線以及放射性發(fā)射(例如阿爾法射線、貝塔射線和伽瑪射線)??梢酝ㄟ^感應(yīng)裝置來獲取感應(yīng)發(fā)射,該感應(yīng)裝置包括用于輔助捕獲例如人或?qū)ο笤谝归g的發(fā)射的圖像增強(qiáng)器。本發(fā)明的實(shí)施方式提供以下優(yōu)點(diǎn):使操作者能夠在掃描體積的三維(3D)圖像上同時(shí)查看所采集到的發(fā)射的不同類型的多個(gè)數(shù)據(jù)組。
[0023]在實(shí)施方式中,如文中所描述的和在附圖中示出的,激光掃描儀向位于激光掃描儀上或與激光掃描儀一體形成的用戶接口屏幕輸出3D掃描圖像。在一個(gè)實(shí)施方式中,激光掃描儀包括如在序號(hào)為N0.13/197,404的共同擁有的美國專利申請(qǐng)中所描述的顯示器??梢詫呙鑸D像顯示成平面視圖、全景視圖或3D視圖。在每種類型的視圖中,將圖像呈現(xiàn)在平的屏幕上,但是在每種情況下所顯示的圖像的視角和失真是不同的。對(duì)于大多數(shù)類型的掃描儀,數(shù)據(jù)為徑向距離和兩個(gè)角度的形式,例如球面坐標(biāo)系。在最簡單的視圖類型平面顯示器中,可以將數(shù)據(jù)簡單地重新格式化為矩形區(qū)域。在平面視圖中,物理世界中的直線可以看似曲線。平面視圖本質(zhì)上是平的視圖,因此不可能對(duì)平面圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)來獲得對(duì)象的不同視圖。
[0024]在全景視圖中,將測(cè)量體積中的對(duì)象映射到幾何形狀(例如球、立方體或圓柱體)上,從而去除在平面視圖中可見的失真。在全景視圖中,用戶可以轉(zhuǎn)動(dòng)視圖但是不能離開視圖的中心。在如圖6至圖8中所示的3D視圖中,用戶可以離開視圖的中心,并且可以從任何期望的位置和取向來觀察未失真的3D圖像。3D視圖甚至可以使用戶能夠掃視被測(cè)體積的3D圖像,從而使用戶能夠從各個(gè)觀察點(diǎn)來觀察測(cè)量體積。
[0025]以上所述的平面視圖、全景視圖和3D視圖可以與由相機(jī)獲取的數(shù)字圖像或由參數(shù)圖像感應(yīng)器獲取的參數(shù)形成對(duì)比。如文中所使用的,由相機(jī)獲取的圖像是指二維(2D)圖像。
[0026]可以以全格式或簡化格式將平面視圖、全景視圖和3D視圖中的每個(gè)視圖呈現(xiàn)在監(jiān)視器上??梢砸院喕袷斤@示視圖(例如,顯示每個(gè)第η個(gè)像素),以使得用戶能夠快速地確定所需元素是否被記錄。此外,可以作為單個(gè)視圖來單獨(dú)顯示這些視圖類型中的每個(gè)視圖或者可以同時(shí)一起顯示多個(gè)視圖。在一些情況下,可以通過使用配準(zhǔn)技術(shù)將多組掃描數(shù)據(jù)結(jié)合,以提供被測(cè)體積的、以單個(gè)圖像表示的較大視圖。
[0027]現(xiàn)在參照?qǐng)D1至圖4,示出了用于對(duì)激光掃描儀20周圍的環(huán)境進(jìn)行光學(xué)掃描和測(cè)量的激光掃描儀20。如文中所使用的,術(shù)語環(huán)境是指可以由激光掃描儀20掃描的空間區(qū)域內(nèi)的所有表面和對(duì)象。激光掃描儀20具有測(cè)量頭22和基部24。測(cè)量頭22安裝到基部24上,以使得激光掃描儀20可以繞豎直軸線23旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)實(shí)施方式中,測(cè)量頭22包括萬向節(jié)點(diǎn)27,萬向節(jié)點(diǎn)27是繞豎直軸線23和