[发明专利]非接触探头

说明书

技术领域

本发明涉及用于测量物体同时不与物体接触的方法及设备。

背景技术

照相测量法是一种已知的技术，其通过从不同视角拍摄的照片来确定物体上某些点的地点，即，位置和/或方位。典型的照相测量法包括获得从不同视角拍摄的至少两张物体图像。对于每个图像，可以确定图像上物体特征的二维坐标。然后可以通过对拍摄图像的相机与所述特征在图像上形成的点的相对位置和方位的了解，借助三角测量来确定物体上特征的三维坐标。这种技术例如在美国专利US5,251,156中被披露，该专利的全部内容以参考的方式被结合在本说明书中。

还已知用于测量表面地形的非接触光学测量系统。这通常可以包括将结构化光学图案投射到表面上的投影仪以及相对所述投影仪以一定角度设置的相机，所述相机检测表面上的结构化光学图案。表面上的高度变化造成图案的失真。通过这种失真，可以借助三角测量和/或相位分析技术来计算表面的几何形状。

目前已知的系统使得能够执行照相测量法或者相位分析以便获得关于物体的测量数据。

发明内容

本发明提供了方法和设备，其中可以借助照相测量技术、三角测量技术和/或相位分析技术在通过普通探头获得的图像上执行物体的测量。

根据本发明的第一方面，提供了一种非接触测量装置，其包括：用于安装在坐标定位设备上的探头，所述探头包括至少一个用于捕获待测量物体图像的成像装置；图像分析仪，所述图像分析仪被构造成分析由探头从第一视角获得的至少一个第一物体图像和由探头从第二视角获得的至少一个第二物体图像以便识别待测量物体上的至少一个目标特征，并且被进一步构造以便借助对由探头获得的物体图像的分析来获取关于物体表面的地形数据，其中光学图案被投射到所述物体上。

本发明的优点在于：利用由相同探头所获得的图像，通过图像分析仪来确定物体上目标特征的位置以及物体的表面地形数据。因此，没有必要具有两个单独的图像系统来获得物体的目标特征的位置以及物体的表面地形形式。

正如将要理解的，视角可以是物体的特定的视点。视角可以由成像装置相对于物体的位置和/或方位来限定。

可以通过至少一个合适的成像装置来获得所述至少一个第一图像和所述至少一个第二图像。合适的成像装置包括至少一个图像传感器。例如，合适的成像装置可以包括光学电磁辐射(EMR)敏感型探测器，诸如电荷耦合装置(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)。合适的成像装置可以被光学构造成在图像平面上聚焦光线。正如将要理解的，所述图像平面可以由图像传感器限定。例如，合适的成像装置可以包括至少一个光学部件，所述光学部件被构造成在图像平面上聚焦光学EMR。选择地，所述至少一个光学部件包括透镜。

合适的成像装置可以基于针孔照相机型号，所述针孔照相机包括针孔，所述针孔也可以被当作成像装置的视角中心，在光学EMR射线与所述图像平面相交之前假设所述射线穿过所述针孔。正如将要理解的，不包括针孔但是包括透镜以便聚焦光学EMR的成像装置也具有视角中心，并且这个视角中心可以是与图像平面相交的所有光学EMR射线假设通过的点。

正如将要理解的，可以应用校准过程相对于所述图像传感器发现所述视角中心，所述校准过程诸如在以下文章中所描述：由J.Heikkila和O.Silven发表在1997年计算机视线和图案识别会议(CVPR’97)的会议录中的“具有内含图像校对的四步骤相机校准过程”，以及由J.G.Fryer发表在由K.B.Atkinson编辑的“近距离照相测量法和机器图像”中的“照相机校准”，Whittles出版社(1996)。可以提供诸如那些用于校对透镜偏差的校对参数，这些校对参数是公知的并且例如在这两个文献中被描述。

所述探头可以包括多个成像装置。优选地，应用普通成像装置获得由图像分析仪分析的所述图像。因此，在这种情况下，所述探头可以仅包括单个成像装置。

优选地，所述光学图案被投射在物体的一区域上。优选地，所述图案越过物体的一区域延伸以便促进对在所述区域图像上的物体的多个点的测量。优选地，所述图案是大致重复的图案。特别优选的光学图案包括大致周期性的光学图案。正如将要理解的，周期性的光学图案可以是在特定有限距离之后重复的图案。所述重复之间的最短距离可以是图案的周期。优选地，所述光学图案在至少一维上是周期性的。选择地，所述光学图案在至少两个垂直的维度上是周期性的。