[发明专利]用于测量三维数据的装置和方法

说明书

本发明所属技术领域

本发明涉及用于测量三维数据的装置和方法，即，不仅测量对象的长和宽，而且测量它们的高，和它们与观察者的相对距离。

人们用双眼测量三维(3-D)对象，例如测量对象的长、宽、和第三维尺寸——高。第三维尺寸也可以指对象与观察者的距离。

本发明介绍了一种新颖的用于测量三维数据长、宽、高的装置和方法。本发明的目的是使高度和距离可以互换地使用。

与本发明相关的背景技术

为了使本发明所属技术领域更易被理解，下面概括讲述了如下列出的已知的用于测量三维数据的装置和方法：

1.立体观察

2.距焦点深度的方法

3.激光测距

4.结构照射1.立体观察

众所周知，两维(2-D)的测量可以用一只眼睛或一个视图完成。为了测量第三维，就要使用另一只眼睛或另一个视图。然而，如果将眼睛移动到每个视图的相应位置或将对象移动到相对于眼睛的相应位置，用一只眼睛也可以看到两个或多个视图。

总的来说，许多设备可以使用立体观察和立体观测的方法，对三维对象进行测量。图1所示为使用两个成像装置1(例如两个视频摄像机2和透镜3)的传统解决方案。由于使用了传统透镜，其中，光线在图像形成过程中所通过的光路是不平行的，并且，其中，生成了所观察对象的两幅图像(每个摄像机中有一个)。

图2所示为另一种传统解决方案，使用了单一视频摄像机2和与一组镜或棱镜4结合使用的透镜3。同样，光线在图像形成过程中所通过的光路也是不平行的，并且，又同样在一个单一视频摄像机2中生成了两幅图像。

然而，由于单独元件的使用和必须为非平行光行进提供空间的原因，结合图1和图2对所述的使用非平行光线产生所观察对象的至少两幅图像的已知方法是相对复杂和笨重的。2.距焦点深度的方法

通过来自单一传感器的单一视图测量第三维尺寸也是可能的。例如，可以通过使用一个光学成像系统，诸如具有极窄景深的显微镜，来实现。显微镜被垂直地安装在校准台上。为了测量高度(Z轴)，将显微镜上下移动直到我们所关心的点被处于焦点上。校准台上的高度数据即是高度的测量结果。用同样的方法可以测量多个点。但是，这种方法的缺点是测量时的速度太慢，这是由于必须使用伺服机械装置从光学成像系统的一点聚焦到下一点。图3中可以找到更多的细节，图中所示为摄像机2和具有极窄景深的透镜3。摄像机2和透镜3，可以相对于所观察对象沿带有高度计6的校准台5上下移动，高度计6可指示摄像机2和透镜3的临时位置。当透镜和摄像机生成的图像处于焦点，即既不模糊又不扭曲时，距所观察对象的距离与校准高度计6的读数相对应。3.测距

也可以通过使用脉冲调制波、或调幅波、或是通过计算发射波和反射波的相位变化得到第三维的距离数据。激光、雷达和超声装置(所谓声纳装置)就是应用这种技术的示例。这种测量方法基于干涉测量原理或回波检测技术。这些技术需要昂贵的、高度复杂的光电设备，包括用于射向所观察对象或从所观察对象反射回来的行进波的光电设备，其中包括发射器、波导装置和接收器。4.结构照射

结构照射包括将一个光图案投射到所观察对象的表面，并从一个和多个不同的角度观察反射光，或研究反射光产生的阴影。一个经典的示例是日冕仪。

结构照射的示例包括将一个光点、一条光线或是一个光栅从一个角度投射到所观察对象表面，并使用视频摄影机从另一个角度观察光图案。这种使用光投射和摄像机的方式与使用两个视图的方式相类似。

发明简述

鉴于上文所提到的现有技术的缺点，本发明目的在于提供一种传统用于测量三维数据的装置和方法之外的，用于测量三维数据的简化装置和简化方法。

尤其是，根据本发明的一个目的，提供了一种可以只用一只眼睛或一个视图测量三维数据的装置和方法。

本发明的另一个目的是提供一种可以测量三维数据的装置和方法，而不需要能够指示观察眼临时位置的经校准的高精度的高度计。

本发明的另一个目的是提供一种不需要复杂光电装置就能测量三维数据的装置和方法。

本发明的另一个目的是提供一种使用传统的计算工具，诸如基于个人计算机的标准微处理器，来分析三维数据的装置和方法，而不需要用极高的计算能力进行高度复杂、耗时的数学运算，用于从成像装置的图像数据中提取诸如长、宽、高的相应的三维数据。

这些目的通过根据独立装置权利要求1所述的装置和根据独立方法权利要求2所述的方法来实现。

本发明的从属权利要求涉及本发明更多的有利的实施例。