用於三維檢測空間區域的裝置和方法

2023-05-05 11:33:06

專利名稱：用於三維檢測空間區域的裝置和方法
用於三維檢測空間區域的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種用於三維檢測空間區域的裝置，其具有用於確定距空 間區域中的目標點的距離的距離測量器和射束掃描單元，其中距離測量器
具有發射器，用於向目標點發射儘可能為束狀的發射信號；接收器，用 於接收目標點的反射信號；以及分析和控制單元，分析和控制單元構建為 根據發射信號和反射信號來確定距目標點的距離，而其中射束掃描單元被 構建為將發射信號指向不同的空間方向。
此夕卜，本發明還涉及一種用於三維檢測空間區域的方法，該方法具有 如下步驟朝空間區域中的目標點發射儘可能為束狀的發射信號，接收目 標點的反射信號，並根據發射信號和反射信號確定距目標點的距離，以及 藉助射束掃描單元^^L射信號指向不同的空間方向。
這樣的裝置和這樣的方法在DE 202 08 077 Ul中已公開。
已知的裝置使用雷射束，藉助旋轉的反射器將該雷射束朝著不同的空 間方向偏轉。反射器繞著水平的轉動軸線旋轉，並JL^目對於該轉動軸線傾 斜45°，使得雷射束掃過垂直的區域。附加地，測量頭和發射器、接收器 以及轉動反射器一同繞著垂直軸轉動。由此，已知的裝置可以近似完全地 掃描一個空間區域。雷射數僅僅向下受到了測量頭的殼體和/或支承面的 限制。
利用已知的裝置可以記錄空間或者空間區域的三維距離影像 (Entfernungsabbild )。這種裝置的優選應用是例如測量隧道區段 (Tunnelroehren )、建築、紀念物或者無人駕駛的運輸系統的導向。基於 所獲得的距離信息，也可以事後才艮據所記錄的數據確定空間或者空間區域 內的尺寸。然而，單純的距離數據對所記錄的空間區域的視覺觀感是不利 的。由於這樣的原因，已知的裝置也確定^JHf號的強度值，由此可以產 生強度圖像，該圖像大致類似於空間或空間區域的黑白圖像。雖然由此已 經可以給出所記錄的空間區域的良好的視覺觀感，但存在更為逼真地進行 三維檢測和再現的願望。
在這樣的背景下，本發明的任務是改進開頭所述類型的裝置和方法， 以便產生以三維方式檢測到的空間區域的更切合實際且更為逼真的觀感。根據本發明的一個方面，該任務藉助用於記錄空間區域的影像的圖像 記錄單元來解決，其中圖像記錄單元具有限定的圖像記錄區域(視域)， 並且其中圖像記錄單元與射束掃描單元耦合，以便將圖像記錄區域和發射 信號對準相同的目標點。
才艮據本發明的另一方面，該任務通過一種開頭所述類型的方法來解 決，其中此外還利用圖像記錄單元記錄空間區域的影像，其中圖像記錄單
元(70 )具有限定的圖像記錄區域，並且其中圖像記錄單元與射束掃描單 元耦合，以便將圖像記錄區域和發射信號對準多個相同的目標點。
也就是說，本發明將開頭所描述的類型的裝置和方法與圖像記錄單元 或者"攝像器"結合，藉助該圖像記錄單元或者"攝像器，，可以拍攝空間區域 的"標準，，照片。優選地，其涉及數字圖像記錄單元，使得圖^Jt據能夠以 數字形式存在，並且可以與典型的同樣為數字的距離信息一起被存儲。
根據本發明，圖像記錄單元與射束掃描單元耦合，使得由圖像記錄單 元記錄的空間區域可以精確匹配地與距離測量器的距離信息關聯。由此可 以使距離測量器的距離信息非常簡單且精確地與圖像記錄單元的純粹視
覺圖像信息相一致。通itia合獲得了所檢測到的空間區域的非常逼真的影 像，如人們由攝影記錄所習慣的那樣。這種影像的質量高於可以由距離測 量器的強度影像導出的光學觀感。然而除高質量的光學影像之外，新的裝 置也提供距目標點的距離信息，並且該裝置由此提供了已知的裝置的所有 優點和使用可能性。
由於新的裝置藉助圖像記錄單元提供的高的圖像質量，可以更好地識 別和分析空間區域中的光學細節。由此，展現了新的應用可能性，譬如三 維記錄意外事故或者犯罪現場以用於警務調查的文件製作。
總之，新的裝置提供了一種成本低廉的可能性，以l更具有高細節地三 維檢測並且真實地再現空間區域。上述任務因此被完全解決。
在一種優選的擴展方案中，圖像記錄單元構建為記錄空間區域的彩色 光學影像。
藉助該擴展方案實現了空間區域的更為接近真實的檢測。空間區域內 的各個細節還可以藉助檢測到的圖像信息更為精確地評估。
在另一擴展方案中，圖像記錄單元被構建為記錄空間區域的熱影像或 者在其他波長範圍中記錄空間區域的影像。
在該擴展方案中，圖像記錄單元尤其是具有記錄空間區域的紅外影像的能力。由此，可以檢測空間區域的其他特徵並且針對稍後的分析而被文 檔化。新的裝置的使用領域以有利的方式被進一步擴大。
在另一擴展方案中，分析和控制單元構建為根據反射信號的信號幅度
確定空間區域的AJL級影像。
該擴展方案就本身而言也已經在已知的裝置中被實現.該擴展方案結 合本發明具有如下特別的優點藉助圖像記錄單元所記錄的圖像信息可以 與距離測量器的"圖像信息"相比較，以便獲得關於所檢測的空間區域的特 徵的進一步推斷。尤其是，通過將彩色的光學影像與距離測量器的支變級 圖像比較，可以推斷出反射特性，並且由此可以推斷出在空間區域中的對 象的材料特徵。
在另一優選的擴展方案中，分析和控制單元此外還被構建為佳灰度級 影像與圖像記錄單元的影像精確地(並且優選完全地、即對距離測量器的 每個測量點)疊加。
利用該擴展方案，藉助圖l象記錄單元所記錄的空間區域的光學影〗象可 以非常簡單JL^確地與藉助距離測量器所確定的距離信息關聯。尤其是， 該擴展方案能夠實現其中任意點與距離信息關聯的A^級圖像用圖像記 錄單元的光學影像"著色"，以便針對每個目標點獲得具有附加的距離信息 的、極其逼真的影像。
在另一擴展方案中，射束掃描單元具有第一轉動驅動器，以便繞著優 選垂直的第 一轉動軸線轉動束狀的發射信號。
該擴展方案簡化了藉助新的圖像記錄單元對空間區域的全景圖像或 者周圍圖像的記錄。由此，該擴展方案能夠實現在360。方位角上對空間 區域進行非常容易的檢測。
在另一擴展方案中，圖像記錄單元具有帶有多個行狀地並排設置的圖 像單元(像素)的圖像傳感器，這些圖像單元形成圖像單元行，其中圖像 單元行可以與第 一轉動軸線平行地定位。
該擴展方案包含藉助具有矩陣形布置的多個圖像單元的圖像傳感器 的實現形式，只要能夠有目的地讀取平行於第一轉動軸線或者可與第一轉 動軸線平行定位的圖像單元行或者列的圖像單元。該擴展方案3一有利的， 因為在圖像記錄單元繞著第一轉動軸線轉動時以掃描的方式和方法來進 行光學圖像記錄，這對應於距離測量器的工作方式。因此，光學圖像信息 和距離信息可以更為簡單且更精確地關聯。與此無關地，該擴展方案一方面包含如下實現形式其中圖像記錄單元設置在相對於距離測量器的固定 位置中，並且還包含如下實現形式其中圖像記錄單元相對於距離測量器 可旋轉或者在其他方面是可變的。相應地，圖l象單元行可以持續與第一轉 動軸線平行，或者其僅僅為了記錄圖像而旋轉到這樣的取向中。
在另一優選的擴展方案中，圖像傳感器是行傳感器(Zeilensensor)。
行傳感器在該擴展方案的意義上是圖像傳感器，這些圖像傳感器僅僅 具有小數目的、帶有用於記錄圖像信息的圖像單元的行或者列。 一種優選 的用於單色圖像記錄(黑白)的行傳感器僅僅具有唯一一行或者列的圖像 單元。而特別優選的用於記錄空間區域的彩色影像的行傳感器具有三個彼 此平行的圖^象單元行，其中第一圖〗象單元行設計用於記錄第一顏色成分 (例如紅色)、第二圖〗象單元行i殳計用於記錄第二顏色成分(例如綠色) 而第三圖像單元行設計用於記錄第三顏色成分(例如藍色)。這些擴展方 案能夠實現成本特別低廉的實現形式。此外在該擴展方案中，圖像記錄單 元的圖像信息可以被非常簡單且快速地讀取，並且可以與距離測量器的距 離信息關聯。此外，該擴展方案有助於減小圖像文件的大小，而不會導致 圖像質量的損失。
在另一擴展方案中，圖像傳感器具有多個彼此平行的圖像單元行，用 於記錄不同的色彩成分，其中平行的圖像單元行彼此分別以限定的間距設 置，並且其中第一轉動驅動器具有如下轉動it^L:該轉動速度與限定的間 距相配合或者被配合，使得平行的圖像單元行中的每個都記錄同樣的目標 點。
該擴展方案特別有利地與如下圖像傳感器相結合:該圖像傳感器具有 三個平行的圖像單元行，用於記錄三個不同的色彩成分或者不同顏色的行 圖像，尤其是用於記錄空間區域的紅色、綠色和藍色的行影像。藉助第一 轉動驅動器的配合的轉動速度實現三個色彩圖像能夠非常簡單地並且尤 其是彼此精確地疊加，以便以這樣的方式獲得空間區域的"多彩"影像。在 該擴展方案中特別優選的是，第一轉動驅動器的轉動^可以根據圖像單 元行的距離、在圖像記錄時的現有和所設置的行解析度和/或根據對各個 行記錄所需的曝光時間來調節，因為在該擴展方案中最佳的圖 <象質量可以 根據周圍情況來實現。
在另一擴展方案中，射束掃描單元具有第二轉動驅動器，以俊J^L射 信號繞著優選水平的第二轉動軸線轉動。該擴展方案能夠以非常簡單的方式實現在方位角以及仰角
(Elevation )中近似完全贈空間區域進行檢測。
在另一擴展方案中，圖像單元行可以垂直於第二轉動軸線定位。
該擴展方案是有利的，因為串fr^取的圖像單元可以非常好地分配給 藉助繞著第二轉動軸線轉動的發射信號來掃描的目標點。
在另一擴展方案中，第一和第二轉動軸線限定了軸線交點，並且圖像 記錄單元具有光軸，該光軸可以至少選擇性地定位在軸線交點的區域中。 優選地，圖像記錄單元可以被定位為使得其光軸穿過這兩個轉動軸線的軸 線交點。
藉助該擴展方案減小了在圖像記錄單元的視角與距離測量器的視角 之間的視差或者甚至將該視差最小化。因此，藉助該擴展方案可以更簡單 且更精確地分配距離信息和圖像信息。可以更好地避免視差誤差。
在另一擴展方案中，該裝置包含可在高度上進行調節的支架，該支架 具有用於精確地定位圖像記錄單元的高度刻度。
就此而言，根據本發明的圖像記錄單元與距離測量器的組合在實際中 難於實現，因為圖像記錄單元會影響距離測量器的視域。當圖像記錄單元 要以光軸引入軸線交點的區域中時，情況尤其如此。該優選的擴展方案能 夠實現將圖像記錄單元設置在軸線交點之上或者之下。藉助高度刻度可以 補償偏差，其方式是首先在第一通道中不用圖像記錄單元地記錄距離影 像，並且接著在第二通道中記錄光學影像，其中支架(例如三腳架或者高 度可調的柱)在兩個通道之間精確地下降或者上升到如此程度，使得圖像 記錄單元到達第 一通道的轉動軸線的軸線交點。該擴展方案是將圖像記錄 單元和距離測量單元結合在一個裝置中的非常簡單且成本低廉的可能性。
在另一擴展方案中，射束掃描單元包含轉動反射器，該轉動反射器構 建為將發射信號朝著不同的空間方向偏轉，其中圖像記錄單元可以至少可 選地定位在轉動反射器的區域中。
該擴展方案提供了 一種將圖4象記錄單元集成到開頭所描述類型的裝 置中的特別靈巧的可能性。由於圖像記錄單元可以定位在轉動反射器的區 域中，所以可以以非常簡單的方式將視差誤差減小到最小。
在另一擴展方案中，該裝置具有殼體結構，該殼體結構具有至少兩個 彼此分離的殼體件，並且該裝置具有用於圖像記錄單元的保持器，該保持 器與至少一個殼體件可拆卸JM目連。該擴展方案能夠實現可選地以帶有或者不帶有圖像記錄單元的方式 來驅動該新的裝置，使得能夠任選地使用圖像記錄單元。此外，利用該擴 展方案，舊的裝置可以非常簡單地加裝新的圖像記錄單元。
在另一擴展方案中，保持器具有可擺動的臂，圖像記錄單元設置在該 臂上，更為確切地說優選同樣是可拆卸的。
在實際的實施例中，該擴展方案已證明是非常簡單且強健的可能性， 其不僅能夠實現簡單的操作，而且能夠實現在圖像信息和距離信息疊加或 關聯時的高精度。
在另一擴展方案中，保持器具有大致u形的夾持器，以便將保持器
插到所述至少一個殼體件上。
該擴展方案已證明是為現有裝置加裝新的圖像記錄單元的非常簡單 且有利的解決方案。
在另一擴展方案中，圖像記錄單元藉助保持器可以在位於至少兩個殼 體件之間的平面中擺動。優選地，第一轉動驅動器的轉動軸線也在該平面 中走向，使得圖像傳感器可以藉助保持器相對於轉動軸線大概一致地定 位。
該擴展方案具有如下優點圖像記錄單元一方面可以非常靠近新的裝 置的中心，該中心通常限定了距離測量器的坐標原點；另一方面，圖〗象記 錄單元也可以簡單地從該區域中轉出來，由此距離測量器獲得了對空間區 域中的目標點的很大程度上自由的視野。該擴展方案因此將相對筒單的、 成本低廉並且強健的結構與將圖像記錄單元幾乎最優地設置在新的裝置 的中心的可能性相結合。
應該理解的是，前面所述的以及接下來還要闡述的特徵不僅可以以各 說明的組合來使用，而且可以以其他組合或者單獨地使用，而未離開本發 明的範圍。
本發明的實施例示出在附圖中並且在下面的描述中將更為詳細地予 以闡述，其中


圖1以簡化的、部分剖切的視圖示出了新的裝置的一種優選的實施
例；
圖2示出了具有圖像記錄單元的圖1中的裝置的詳細視圖，該圖像記 錄單元藉助保持器固定在該裝置的殼體件上圖3示出了新的圖像記錄單元的簡化後的、示意性的視圖；以及
圖4示出了處於第二工作位置中的圖1中的裝置。
在圖1至4中，新的裝置的優選的實施例在其整體上用參考數字10 表示。
裝置10包含發射器12和接收器14，這兩者都與分析和控制單元16 相連。在優選的實施例中，發射器12包含雷射二級管，該雷射二極體構 建為發射雷射束18，以便照射在空間區域中的目標點20。典型地，雷射 束18被調製。然而，本發明並不限於這種類型的距離測量器。例如，發 射信號也可以是超聲信號或者其他光學或者電磁信號.
在該實施例中，雷射束18通過反射器22朝著目標點20轉向。用參 考數字24表示被目標點20反射的且通過反射器22朝著接收器14轉向的 反射束。分析和控制單元16在此能夠根據所發射的雷射束18和接收到的 >^射束24的傳播時間來確定裝置10距目標點20的距離。對此，才艮據相 位和/或脈衝來分析在兩個信號之間的時間差。相應地，發射器12、接收 器14以及分析和控制單元16構成距離測量器。
反射器22在此構建在圓柱體26的前端面上，該圓柱體通過軸28與 轉動驅動器30相連。藉助轉動驅動器30可以使^Jt器22繞著轉動軸線 32轉動。反射器22的相應的轉動位置可以藉助編碼器34來確定。編碼 器34的輸出信號同樣被輸送給分析和控制單元16 (在此出於清楚的原因 而未示出)。
在優選的實施例中，轉動軸線32水平地設置，並且反射器22相對於 轉動軸線32傾斜大約45。角。反射器22繞著水平軸線32的轉動由此引 起雷射束18沿著垂直平面偏轉，該垂直平面垂直於轉動軸線32。雷射束 18在一定程度上形成扇形，用該扇形掃描垂直平面中的空間區域36 。
在該實施例中，裝置10具有殼體結構，該殼體結構基本上具有兩個 殼體件38, 40，它們設置在共同的lj仗42上。在圖1中左邊的殼體件38 中，安裝有發射器12、接收器14以及分析和控制單元16。圖1中右邊的 殼體件40容納有轉動驅動器30以及編碼器34和圓柱體26,其中圓柱體 26以反射器22從殼體件40中突出，使得反射器22大致中心地設置在兩 個殼體件38、 40之間。在優選的實施例中，兩個殼體件38、 40分別具有 增強的側壁44或46，它們彼此平行地對置並且形成在殼體件38、 40之 間的中間空間48的邊界。側壁44具有開口50,雷射束18可以通過該開口從殼體件38向外射出，而反射束24又可以射入殼體件38中。在本發 明的優選的實施例中，開口50用窗封閉，以避免汙物^殼體件38中。
殼壁46具有開口 52，圓柱體26通過該開口伸入中間空間48中。在 本發明的優選的實施例中，側壁44、 46形成殼體結構的支承件，這些支 承件與^L42固定相連，而殼體件38、40可以遠離基板42或者側壁44、 46。
14142 ^L置在轉動驅動器54上，該轉動驅動器位於三腳架56上。 三腳架56可以在高度上進行調節並且具有刻度58，以便能夠進行精確的 且可再現的高度調節。用參考數字60表示編碼器，藉助該編碼器可以確 定轉動驅動器54的轉動位置。編碼器60的輸出信號同樣被輸送給分析和 控制單元16 (在此未示出)。
轉動驅動器54能夠實現裝置10繞著垂直轉動軸線62轉動，該轉動 軸線62與轉動軸線32 —同限定了軸線交點64。軸線交點64大致位於反 射器22的中心並且在本發明的優選實施例中限定了坐標系的原點，距離 測量器的所有距離測量值參照該坐標系。在該優選的實施例中，軸線交點 64大致中心地位於側壁44、 46之間的中間空間48中。
藉助轉動驅動器54，可以使藉助轉動驅動器30產生的"掃描扇面，，在 方位角中轉動達到360°。由此，雷射束18能夠照射在裝置10周圍的幾 乎任意目標點20。僅僅向下由於基fc!42而出現陰影，使得距離測量器的 視角向下限制到相對於垂線大約70°。
用參考數字70表示圖像記錄單元，該圖像記錄單元在該實施例中具 有行傳感器72，該行傳感器具有多個行狀並排設置的圖像單元74。在該 優選的實施例中，行傳感器72具有三個平行並排設置的圖4象單元行72a、 72b、 72c,它們彼此以大致對應於三個至十個圖像單元74的寬度的相對 距離設置(在此並未M比例地示出)。在每個圖像單元行72a、 72b、 72c 之上設置有另一濾色器(在此未示出)，使得圖像單元行72a、 72b、 72c 記錄不同顏色的行圖像，這些行圖像一起產生RGB彩色行圖像。圖像記 錄單元70的其他細節下面參照圖3予以進一步描述。
圖像記錄單元70在此通過栓塞76可拆卸地固定在擺動臂78上。擺 動臂78構造為L形，其中圖像記錄單元70設置在擺動臂78的第 一腿部 上。擺動臂78的第二腿部用栓塞80可擺動地安置在保持器82上。圖1 示出了處於擺動臂78的第一擺動位置中的圖4象記錄單元70。圖4示出了處於第二擺動位置的圖像記錄單元70，其中圖像記錄單元70在此至少部 分伸入側壁44、 46之間的中間空間48中。
圖2以對側壁46的側視圖示出了具有圖像記錄單元70的保持器82。 如在此可以看到的那樣，保持器82包含大致U形的夾持器84，該夾持器 從上面推上側壁46。夾持器84的側向腿部86包圍側壁46的上部區域。 側向腿部藉助夾緊螺釘88固定，這些夾緊螺釘嵌接到夾持器84上的相應 鑽孔卯中並且(在優選的實施例中)嵌接在側壁46中。通過矛>開螺釘 88可以將夾持器84向上從側壁46拉出，使得帶有圖像記錄單元70的整 個保持器82可以與其餘的裝置10分離。
夾持器84具有槽92，栓塞94通過該槽突出，該栓塞通過中間件96 與擺動臂78相連。栓塞94通過螺母固定在夾持器84上。
圖像記錄單元70在此具有管筒100，在該管筒中設置有行傳感器72。 此外，存儲器102安裝在管筒100中，在該管筒中暫存行傳感器72的圖 HJt據。存儲器102與分析和控制單元16相連(在此未示出)。
在該實施例中，圖像記錄單元70具有帶有所謂魚眼-物鏡104的光學 系統，該魚眼物鏡能夠實現非常大的圖像記錄區域106。在一種優選的實 施例中，圖《象記錄區域106相對於圖傳-記錄單元70的光軸108達到大約 -70。至+70°。在優選實施例中，行傳感器72具有大約5000個像點的分辨 率。
圖1示出了處於一個擺動位置中的圖《象記錄單元70，該擺動位置能 夠實現在第一數據檢測通道中用裝置10進行無幹擾的距離測量。在該第 一通道中，反射器22繞著轉動軸線32轉動，而裝置10繞著垂直軸線62 轉動。同時，發射器12發射調製過的雷射束18，該雷射束基於這兩個轉 動運動掃描在裝置10周圍的空間區域36。藉助反射束24和藉助編碼器 34、 60確定的轉動驅動器30、 54的角度位置，分析和控制單元16對任 意目標點20確定相對於軸線交點64的距離。此外，分析和控制單元16 還分析反射束24對每個目標點20的幅度，以便產生空間區域36的強度 影^^者AJL級影4象，
在裝置10藉助距離測量器12、 14、 16檢測感興趣的空間區域36之 後，發射器12被關斷。圖像記錄單元70藉助保持器82被引入圖4中所 示的位置中。如在那裡所示的那樣，保持器82被構建為，使得行傳感器 72在該位皇中平行於轉動軸線62 Jbt目對於轉動軸線大致中心地並與其一致地定位。光軸108於是與轉動軸線62對準，然而以直角與其相交。然 而，在檢測距離值時，圖像記錄單元70在此還比軸線交點64略高。因此， 在本發明的該優選實施例中，整個裝置10藉助三腳架56向下運動，更為 確切地說，向下運動距離D，該距離與光軸108距軸線交點64的垂直距 離大致對應。接著，裝置10藉助轉動驅動器54第二次環繞地運動，其中 圖像記錄單元70逐行地掃描並且記錄周圍的空間區域36。來自行傳感器 72的圖像數據暫存在中間存儲器102中並且輸送給分析和控制單元16。 分析和控制單元16隨後可以^J巨離測量器的數據與圖像記錄單元70的圖 像數據精確地並且尤其是針對所有的像點(完全地)疊加，因為避免了距 離測量器與圖像記錄單元之間的視差誤差。在本發明的特別優選的實施例 中，分析和控制單元16構建為自動地將距離測量器的灰度級圖像與來自 圖像記錄單元的逐行記錄的影像疊加，其中使用了編碼器34、 60的信息。 優選地，為此事先按照限定的測試圖像校準圖像記錄單元70的位置。
對此可替換地，進行距離測量器的數據和圖像數據的疊加和關聯，其 方式是距離測量器的灰度級圖像和圖像數據(必要時在手動地後處理的情 況下)彼此精確匹配地疊加。
在本發明的優選的實施例中，分析和控制單元16是個人計算機，該 個人計算機安裝在裝置10的殼體件38中。然而對此可替換地，殼體件 38也可以包含分析和控制單元16的前置級，其主要進行數位訊號處理。 對距離測量器的數據和圖像數據的實際分析以及尤其是疊加或合併於是 可以在外部個人計算機(在此未示出)中進行，這具有如下優點基於在 裝置10中的有限的空間供給，外部個人計算機可以具有更高的計算效率。
轉動驅動器54在此能夠使圖像記錄單元以不同的轉動速度轉動。在 一種優選的擴展方案中，轉動驅動器54與分析和控制單元16耦合(在此 未示出)，該分析和控制單元控制驅動器54的轉動i^。在一種優選的實 施例中，分析和控制單元16首先控制第一圖像記錄循環以便確定環境亮 度。據此，分析和控制單元16調節所連接的圖像記錄單元70的膝光時間 和/或光圍。此外，分析和控制單元16根據瀑光時間/光團以及所設置的行 解析度(例如對於360。旋轉為3600個行圖4象)確定轉動驅動器54的最 佳旋轉i!JL。轉動速度被調節，使得平行的行傳感器72a、 72b、 72c儘管 其側向偏移仍分別記錄恰好同樣的目標點，使得對於任何目標點都有三個 色彩成分可供使用，它們一起形成RGB彩色行圖像。也就是說，三個圖 像單元行的側向距離通過圖像記錄單元70的轉動運動來補償。
權利要求
1. 一種用於三維檢測空間區域(36)的裝置，該裝置具有用於確定距空間區域(36)中的目標點(20)的距離的距離測量器和射束掃描單元(22，30，54)，其中該距離測量器具有發射器(12)，用於向目標點(20)發射儘可能為束狀的發射信號(18)；接收器(14)，用於接收目標點(20)的反射信號(24)；以及分析和控制單元(16)，其中該分析和控制單元構建為根據發射信號(18)和反射信號(24)確定距目標點(20)的距離，所述射束掃描單元構建為使發射信號(18)指向不同的空間方向，其特徵在於用於記錄空間區域(36)的影像的圖像記錄單元(70)，其中圖像記錄單元(70)具有限定的圖像記錄區域(106)，並且其中圖像記錄單元(70)與射束掃描單元(22，30，54)耦合，以便將圖像記錄區域(106)和發射信號(18)對準相同的目標點(20)。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，圖像記錄單元(70) 構建為記錄空間區域(36)的彩色光學影像。
3. 根據權利要求1或者2所述的裝置，其特徵在於，圖像記錄單元 (70)構建為記錄空間區域(36)的熱影像。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的裝置，其特徵在於，分析和 控制單元(16 )還構建為根據反射信號(24 )的信號幅度確定空間區域(36) 的^JL級圖像。
5. 根據權利要求4所述的裝置，其特徵在於，分析和控制單元(16) 還構建為使圖像記錄單元(70)的影像和^L級圖^lt確地疊加。
6. 根據權利要求1至5中任一項所述的裝置，其特徵在於，射束掃 描單元(22， 30, 54)具有第一轉動驅動器(54),以^更使束狀的發射信 號(18)繞著優選垂直的第一轉動軸線(62)轉動。
7. 根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，圖像記錄單元(70) 具有圖像傳感器(72)，該圖像傳感器具有多個行狀並排設置的圖像單元(74)，這些圖像單元形成圖像單元行，其中圖像單元行能夠與第一轉動 軸線(62 )平行地定位。
8. 根據權利要求7所述的裝置，其特M於，圖像傳感器(72)是 行傳感器。
9. 根據權利要求7或者8所述的裝置，其特徵在於，圖像傳感器(72 )具有多個彼此平行的圖像單元行(72a， 72b， 72c)，用於記錄不同的色彩 成分，其中平行的圖像單元行(72a， 72b， 72c)彼此分別以限定的間距 設置，並且其中第一轉動驅動器(54)具有與限定的間距相匹配的轉動速 度，使得平行的圖像單元行(72a, 72b， 72c)中的每個都記^目同的目 標點(20 )。
10. 根據權利要求7至9中任一項所述的裝置，其特徵在於，射束掃 描單元(22， 30， 54)具有第二轉動驅動器(30)，以俊/f議射信號(18) 繞著優選水平的第二轉動軸線(32)轉動。
11. 根據權利要求10所述的裝置，其特徵在於，圖像單元行能夠與 第二轉動軸線(32)垂直地定位。
12. 根據權利要求6至11中任一項所述的裝置，其特徵在於，笫一 和第二轉動軸線(62， 32)限定軸線交點(64)，並且圖像記錄單元(70) 具有光軸(108 )，該光軸能夠至少可選地定位在軸線交點(64)的區域中。
13. 根據權利要求1至12中任一項所述的裝置，其特徵在於能在高 度上進行調節的支架(56 )，該支架具有用於精確定位圖像記錄單元(70 ) 的高度刻度(58)。
14. 根據權利要求1至13中任一項所述的裝置，其特徵在於，射束 掃描單元(22， 30， 54)包含轉動^^射器(22)，該轉動反射器構建為使 發射信號(18)朝著不同的空間方向轉向，其中圖像記錄單元(70)能夠 至少可選地定位在轉動《^射器(22)的區域中。
15. 根據權利要求1至14中任一項所述的裝置，其特徵在於帶有彼 此分離的至少兩個殼體件(38， 40， 44， 46)的殼體結構，以及用於圖像 記錄單元(70)的保持器(82)，該保持器以可拆卸的方式與至少一個殼 體件(40， 46)相連。
16. 根據權利要求15所述的裝置，其特徵在於，保持器(82)具有 可擺動的臂(78)，在該可擺動的臂上設置有圖像記錄單元(70)。
17. 根據權利要求15或者16所述的裝置，其特徵在於，保持器(82) 具有大致U形的夾持器(84)，以便將保持器(82)插到所述至少一個殼 體件(40， 46)上。
18. 根據權利要求15至17中任一項所述的裝置，其特徵在於，圖像 記錄單元(70)藉助保持器(82)能夠在位於所述至少兩個殼體件(38， 40)之間的平面中擺動。
19. 一種用於三維檢測空間區域(36)的方法，該方法具有如下步驟-朝空間區域(36)中的目標點(20)發射儘可能為束狀的發射信號 (18)，-接收目標點(20)的反射信號(24)，並根據發射信號(18)和反 射信號(24)確定距目標點(20)的距離，-藉助射束掃描單元(22， 30， 54)使發射信號(18)指向不同的空 間方向，其特徵在於，此外空間區域(36)的影像藉助圖像記錄單元(70)來 記錄，其中圖像記錄單元(70)具有限定的圖1象記錄區域(106)，並且其 中圖像記錄單元(70)與射束掃描單元(22， 30， 54)耦合，以便將圖像 記錄區域(106)和發射信號(18)對準多個相同的目標點(20)。
全文摘要
一種用於三維檢測空間區域的裝置，該裝置具有用於確定距空間區域(36)中的目標點(20)的距離的距離測量器和圖像記錄單元(70)。距離測量器具有發射器(12)，用於向目標點發射儘可能為束狀的發射信號(18)；接收器(14)，用於接收目標點的反射信號(24)；以及分析和控制單元(16)，其構建為根據發射信號(18)和反射信號(24)確定距目標點的距離。此外，該裝置還包括射束掃描單元(22，30，54)，其構建為使發射信號(18)指向不同的空間方向。圖像記錄單元(70)具有限定的圖像記錄區域，並且圖像記錄單元與射束掃描單元(22，30，54)耦合，以便將圖像記錄區域和發射信號(18)對準相同的目標點(20)。
文檔編號G01C15/00GK101416024SQ200680054095
公開日2009年4月22日 申請日期2006年4月3日 優先權日2006年3月31日
發明者萊因哈德·貝克 申請人:法羅技術股份有限公司