专利汇可以提供三维光扫描专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种确定目标表面 颜色 和轮廓的方法,包含有下述步骤:用一个入射光束扫描所述的目标表面,所述的入射光束包含多组分的 波长 ;将所述的反射光束分裂形成一个或者多个不同波长的分离子光束;将所述的一个或者多个子光束照射到一个 传感器 阵列上确定它们的相对 位置 。将反射光束的一部分照射到颜色敏感的 光探测器 装置上获得代表着所述反射光束的近似颜色组合物的数据。目标表面的颜色和轮廓从位于所述传感器阵列上的子光束的相对位置得以确定,采用所述代表着所述反射光束的近似波长组合物的数据消除位于结果中的模糊误差。反射光束的被分离出来的部分也可以在一个比传感器阵列更高的 频率 下被 采样 来获得比仅采用所述传感器阵列能获得的 分辨率 更高的分辨率下的关于目标表面的信息。,下面是三维光扫描专利的具体信息内容。
1、一种确定目标表面颜色和轮廓的方法,包含有下述步骤:
用一个入射光束扫描所述的目标表面,所述的入射光束包含多组 分的波长;
从所述的目标表面反射形成一束光;
将所述的反射光束形成一个或者多个分离的子光束,这个或这些 子光束相应于反射光束的组分波长;
将所述的一个或者多个子光束照射到一个传感器阵列上;
在所述的入射光束在目标表面上移动时,探测所述一个或者多个 子光束在所述传感器阵列上的位置;
将反射光束的至少一部分照射到波长敏感的光探测器装置上获 得代表着所述反射光束的近似波长组合物的数据;
使用所述的代表着所述反射光束的近似波长组合物的数据,从下 述峰值的相对位置和形状确定目标表面的颜色和轮廓,从而消除从所 述传感器阵列获得的结果中的潜在的模糊误差,所述的峰值由位于所 述传感器阵列上的所述一个或者多个子光束产生。
2、如权利要求1所述的方法,通过一个局部反射镜,所述部分 在形成一个或多个子光束前,被从所述反射光束中分裂出来。
3、如权利要求1的方法,其中所述部分的反射光通过将从所述 传感器阵列的表面上反射出来的所述一个或多个子光束重新结合起 来获得。
4、如权利要求3的方法,其中所述的光探测器装置包括多个光 探测器,这多个光探测器对所述反射光束的相应组分波长敏感,所述 部分的反射光被分裂成被照射到相应的光探测器上的组分波长。
5、如权利要求1的方法,其中所述的反射光束与所述的入射光 束同步。
6、如权利要求1的方法,其中,所述传感器阵列为一个倾斜的 CCD阵列。
7、一种确定目标表面的轮廓的方法,包含有下述步骤:
用一个入射光束扫描目标表面;
形成一个从所述目标表面反射回来的光束;
将所述的反射光束照射到一个传感器阵列上产生一个强度曲线 信号;
以一个第一采样频率fc采样所述的强度曲线信号产生第一组数 据点,该组数据点代表着在每个采样期间所述阵列上的强度分布;
将反射光束的至少一部分照射到光探测器装置上以获得一个输 出信号,该输出信号代表着所述反射光束的强度;
以一个明显比第一采样频率fc高的第二采样频率fp采样所述的 输出信号产生第二组数据点,该第组二数据点代表着在所述第二采样 频率下在每个采样期间的强度;
从所述第一组数据点导出第三组数据,该第三组数据代表着当所 述的光束扫描所述的表面时,在所述传感器阵列上所述反射光束的相 对位置,与此同时用所述的第二组数据在一个更高的分辨率下提供辅 助信息,该信息是关于所述表面的外观在每个采样期间内第一采样频 率下的辅助信息。
8、如权利要求7的方法,其中所述的光探测器装置对波长敏感, 所述的辅助信息为所述表面在扫描过一个区域并在一个分辨率下的 颜色变化,所述区域的尺寸有所述第一采样频率fc确定,而所述的分 辨率由所述的第二采样频率fp确定。
9、如权利要求8的方法,其中所述反射光束在碰到构成所述光 探测器装置的相应光探测器之前被分裂成组分波长。
10、如权利要求7的方法,其中所述的第二采样频率fp为所述 第一采样频率的整数倍并与之同步。
11、如权利要求10的方法,其中所述的第二采样频率为所述第 一采样频率的4到10倍。
12、如权利要求7的方法,其中使用所述的辅助信息导出第三组 数据,用来提供在一个采样期间内有关反射光束的强度分布的信息从 而弥补所述表面反射的不连续性。
13、一种确定目标表面的颜色和轮廓的装置,包括:
一个光源,用来采用一个包含多种组分波长的入射光束扫描目标 表面;
一个透镜,用于形成一个从所述目标表面反射回来的光束;
一个光束分裂器,用于将反射光束分裂成一个或者多个子光束, 这个或者这些子光束相应于反射光束的各组分波长;
一个传感器阵列,用于感测所述的一个或者多个子光束,并能够 在所述的入射光束在目标表面移动时探测所述一个或者多个子光束 的位置;
一个波长敏感的光探测器,该光探测器接收所述反射光束的至少 一部分来获得代表着所述反射光束的近似波长组合物的数据;
从而目标表面的颜色和轮廓可以从下述峰值的位置和形状上得 以确定,使用所述的代表着近似的波长组合物的数据来减少从所述传 感器阵列获得的结果中的潜在的模糊误差,所述峰值由位于所述传感 器阵列上的一个或者多个子光束产生。
14、如权利要求13的装置,其中进一步还包括一个部分反射的 反射镜用于将所述反射光束的一部分反射到光探测器上。
15、如权利要求13的装置,其中所述的光探测器装置包括多个 光探测器,这些光探测器对所述的反射光束的相应组分波长敏感。
16、如权利要求13的装置,进一步包括一个回转反射镜将所述 的反射光束与所述的入射光束自动同步。
17、如权利要求13的装置,其中所述的传感器阵列为一种倾斜 的CCD阵列。
18、一种用于确定一个目标表面的轮廓的装置,包括:
一个光源,用来采用一个入射光束扫描目标表面;
一个透镜,用于将所述目标表面的反射光形成一个光束,并将所 述的反射光束照射到一个传感器阵列上产生一个强度曲线信号;
一个下述装置,即用于在第一采样频率fc下采样所述强度曲线信 号从而产生一组数据点,该组数据点代表着在每个采样期间中在所述 的阵列上的强度分布;
一个下述装置,即用于将反射光束的至少一部分照射到光探测器 装置上从而获得一个代表着所述反射光束强度的输出信号;
一个下述装置,即用于以一个明显比第一采样频率fc高的第二 采样频率fp采样所述的输出信号产生第二组数据点,该第二组数据 点代表着在所述第二采样频率下在每个采样期间的强度;
一个下述装置,即用于从所述第一组数据点导出一个第三组数 据,该第三组数据代表着当所述的光束扫描所述的表面时,在所述传 感器阵列上所述反射光束的相对位置,与此同时用所述的第二数据在 一个更高的分辨率下提供关于所述表面的外观在每个采样期间内第 一采样频率下的辅助信息。
19、如权利要求18的装置,其中所述的光探测器装置对波长敏 感,所述的辅助信息为所述表面在一个区域并在一个分辨率下的颜色 变化,所述区域的尺寸由所述第一采样频率fc确定,而所述的分辨率 由所述的第二采样频率fp确定。
20、如权利要求18的装置,其中所述的第二采样频率fp为所述 第一采样频率的整数倍并与之同步。
21、一种用于确定一个目标表面的颜色和轮廓的方法,包含下述 的步骤:
用一个入射光束扫描一个目标表面,所述的入射光束包含多种组 分的波长;
形成一束从所述目标表面反射的光;
将所述的反射光束形成一个或者多个分离的子光束,这个或者这 些子光束相应于组分波长或反射光束的波长;
将所述一个或者多个子光束照射到一个传感器阵列上形成一个 或者多个强度曲线信号;
在第一采样频率fc下采样所述一个或者多个强度曲线信号从而 产生第一组数据点,该组数据点代表着在每个采样期间中在所述的阵 列上的强度分布;
将反射光束的至少一部分照射到对波长敏感的光探测器装置上 从而获得一个输出信号,该输出信号代表着所述反射光束的近似波长 组合物,以一个明显比第一采样频率fc高的第二采样频率fp采样所 述的输出信号产生第二数据点,该第二数据点代表着在所述第二采样 频率下在每个采样期间的强度;
从下述峰值的位置和形状上确定所述目标表面的颜色和轮廓,所 述的峰值由位于所述阵列上的所述的一个或者多个子光束产生,同时 使用所述代表着近似的波长组合物的数据来消除从所述传感器阵列 获得的结果中的潜在模糊误差;
从所述第一组数据点导出第三组数据,该第三组数据代表着当所 述的光束扫描所述的表面时,在所述传感器阵列上所述一个或者多个 子光束的位置,与此同时用所述的第二数据在一个更高的分辨率下提 供关于所述表面的外观在每个采样期间内第一采样频率下的辅助信 息。
22、如权利要求21的方法,其中所述的传感器阵列为一种倾斜 的CCD阵列。
23、如权利要求22的方法,其中所述的反射光束与所述的入射 光束自动同步。
在许多情形中,具有高分辨率的颜色和轮廓数据来描绘三维物体 是很有用的。例如,经常需要在计算机中建造实际物体的虚拟模型以 便进行数学上的分析。这种数据也可以被用于例如艺术品的编目和鉴 定。
在National Research Council of Canada使用的激光测距传 感器是进行这种测量的一种技术。这种技术包括一个用入射激光束扫 描表面来形成一个反射光束的装置,该反射光束被照射到一个光敏传 感器线性阵列,特别是一个CCD(Charge Coupled Device)。在单色 的型号中,当入射光束扫描过目标表面时,在传感器阵列上的反射光 束的相对位置能够通过三角测量给出轮廓信息。返回到传感器阵列的 光的数量也可以被测量并被用于测定目标表面的反射能力。在彩色的 型号中,通过采用彩色激光并将反射光劈裂成三个组分的波长,将它 们成像在CCD阵列的不同位置,这样除了能够获得轮廓的信息之外还 可以获得颜色的信息。CCD阵列的输出信号包含有相应于每个激光波 长的光点图象的峰值。假设每个峰值的识别也就是原始波长已经公知 的话,目标表面的位置可以通过三角计算而获得。对于每一个波长, 返回到传感器的光的数量可以从峰值形状计算出来。知道了存在于反 射光束中每个波长的数量就可以使得在传感器阵列上主要波长的光 强能够计算出所述表面的颜色。这样的技术例如在美国专利 US5,177,556中有描述。
这种方法的显著缺点是当只有一个波长被反射时,不能识别在 CCD上一个峰值的原始波长,从而不能在该点处测定轮廓。错误的波 长识别导致在深度测定以及颜色测量中的严重错误。
尽管用于颜色测量的另一个公知技术采用了一种对所述三个波 长中的每个都敏感的辅助光敏元件来分析返回到传感器的一部分光 从而提取颜色数据。这种方法能进行精确的测量,但同时也失去了第 一种技术的优点,这个优点就是返回强度的测定可以被精确地限定到 对应于由激光点照亮的表面轮廓部分的被识别的峰值。光探测器对整 个瞬间的视场敏感,能够很容易地被周围光或者多次反射污染。激光 的波长边限之外的周围光可以用滤光镜去除。然而,留下来的光照(依 赖于周围光的光谱内容)或者由激光光源从除了有光点照射的表面之 外的别处而来的间接反射可能也会影响到测量。这种方法在美国专利 US 5,708,498中有描述。
在第一个描述的技术中,传感器以类似频率提供深度和颜色信 息,因为所述的深度由成像在CCD上的峰值之一或者多个结合确定, 而所述的颜色从每个峰值幅峰的分布导出。在每个测量周期中,由 CCD产生的信号被分析来提取峰值的位置和幅峰。
另外一个缺点就是在轮廓测量中,三维数据的获取在反射率突然 变化的区域会产生错误。
对于所有基于三角计算的激光感测系统,一个众所周知的困难就 是测量表面反射率的突然变化可能会在轮廓测量中产生错误。这是因 为这种测量是通过将激光照射的细小区域成像而获得。如果所测量的 表面呈现出反射率的变化,那么与平坦的表面相比照射点的成像会被 扭曲。在CCD上的位置测量可能会被影响,并导致在轮廓表面的测定 中出现偏差。
本发明的一个目的就是减轻现有技术中的上述缺点。
根据本发明的第一方面,提供了一种确定一个目标表面颜色和轮 廓的方法,包括下述步骤:用一个入射光束扫描所述的目标表面,所 述的入射光束包含多组分的波长;从所述的目标表面反射形成一束 光;依据反射光束的组分波长将所述的反射光束形成一个或者多个分 离的子光束;将所述的一个或者多个子光束照射到一个传感器阵列 上;当所述的入射光束在目标表面上移动时,探测所述一个或者多个 子光束在所述传感器阵列上的位置;将至少一部分反射光束照射到波 长敏感的光探测器装置上以便获得代表所述反射光束的近似波长组 合物的数据;从由位于所述传感器阵列上的所述一个或者多个子光束 产生的峰值的相对位置和形状确定目标表面的颜色和轮廓,该传感器 使用所述代表着近似波长组分的数据,以减小从所述传感器阵列获得 的结果中的潜在的模糊误差。
所提出的颜色测量系统是一种混合系统,该混合系统同时采用在 CCD上的颜色分离峰值测量和用一个光敏器件的辅助测量。与现有技 术中不同,本发明保留了用传感器阵列可以获得的颜色测量的优点, 辅助的光探测器主要用于消除由CCD阵列获得的精确测量中的模糊 误差。光探测器优选地应当在一个高于CCD的频率下被采样,这样做 的原因在下文中会详细描述。
这种安排的最大的一个优点在于,例如,当仅仅有一种反射波长 存在时也能够确定表面颜色。尽管光敏元件除了受到被激光点照亮的 区域的影响之外还受到光源的影响,但是所述的光敏元件还是会给出 一个由直接照射到的目标表面上的一个或者多个波长起主导作用的 测量方法,也因此在仅仅有一个光束存在时能够识别照射到CCD的波 长光束。在这种情形,颜色测量由CCD用与现有技术中相同的方式实 施,辅助测量主要是用来消除模糊误差。
在本发明的方法中,比较有利但并不是必须地,光敏元件应当在 一个频率fp下被采样,这个频率是从传感器阵列读取整个强度曲线的 频率fc的整数倍。
本发明的另外一个方面提供了一种确定一个目标表面的轮廓的 方法,包括下述的步骤:用一个入射光束扫描目标表面;形成一个从 所述目标表面反射回来的光束;将所述的反射光束照射到一个传感器 阵列上产生一个强度曲线信号;以一个第一采样频率fc采样所述的 强度曲线信号产生第一组数据点,这个第一组数据点代表着每个采样 期间l/fc在所述的阵列上的强度分布;将至少一部分反射光束照射到 光探测器装置上以便获得一个输出信号,该输出信号代表着所述反射 光束的强度;以一个明显比第一采样频率fc高的第二采样频率fp采 样所述的输出信号产生第二数组据点,该第二组数据点代表着在所述 第二采样频率下在每个采样期间的强度;从所述第一组数据点导出一 个第三组数据,该第三组数据代表着当所述的光束扫描所述的表面 时,在所述传感器阵列上所述反射光束的相对位置,用所述的第二组 数据在一个更高的分辨率下提供关于所述表面的外观在每个采样期 间内第一采样频率下的辅助信息。
每次的轮廓测量都是在CCD上第一采样频率的一个周期上,从目 标表面上反射的时间积分。返回强度的过采样使得表面特性,即颜色 或者强度在一个比轮廓高的分辨率下确定。原则上,过采样的测量的 总和,该总和被适当地标准化,应当相应于在一个周期中由CCD测量 的强度。这个总和可以用上述的方式来消除模糊误差。而且,过采样 测量在扫描方向上给出表面特性空间分布的分辨率优于轮廓测量。
强度测量的过采样也可以被用于纠正由目标表面反射的不连续 引起的不正常。通过在一个周期的表面点测量期间进行反射的时间分 布测量,能够在过采样测量中在测量的分布中的单个点的测量期间, 在被照亮的表面部分中探测到这种不连续的存在,因此能够至少部分 地抵消由估计测量带来的影响。
这里应当指出最后两个优点,这两个优点涉及到过采样的使用, 不论是在单色还是在彩色测量中都存在这两个优点,不仅能够适用于 上文提到的混合系统中,也能够适用于仅采用一个对不同波长敏感的 光探测器的系统中,如在美国专利US5,708,498中描述的那种。
本发明所解决的主要问题是当仅仅存在一个峰值时的波长模糊 误差。本发明的方法用辅助的光敏元件消除了这个问题。这解决了一 个非常重要的问题,该问题限制着颜色分离峰值技术的使用。这个技 术与过采样原理的结合也使得以比轮廓的分辨率高的分辨率测量颜 色成为可能,从而使得以显示为目的而模拟和建造形状、颜色模型很 有吸引力,在这种情况中所需要的特性强度通常比几何测量中所需要 的大。而且,能够从过采样的强度中来纠正由强度的不连续产生的公 知的错误。
本发明进一步提供了一种用于确定一个目标表面的颜色和轮廓 的装置,该装置包括:一个光源,该光源采用一个包含多种组分波长 的入射光束扫描目标表面;一个透镜,用于形成一个从所述目标表面 反射回来的光束;一个光束分裂器,用于依据反射光束的各组分波长 将反射光束分裂成一个或者多个子光束;一个传感器阵列,用于感测 所述的一个或者多个子光束,并能够在所述的入射光束在目标表面移 动时探测所述一个或者多个子光束的位置;一个波长敏感的光探测 器,该光探测器接收所述反射光束的至少一部分来获得代表着所述反 射光束的近似波长组合物的数据;从而目标表面的颜色和轮廓可以从 下述峰值的位置和形状上得以确定,所述峰值由位于所述传感器阵列 上的一个或者多个子光束产生,一个或者多个子光束使用所述的代表 着近似的波长组合物的数据来消除从所述传感器阵列获得的结果中 的潜在的模糊误差。
现在,将参照附图以举例的方式对本发明做更加详细的说明,其 中:
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