掃描裝置和方法

專利名稱：掃描裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種用于確定一個物體的形狀、尺寸或其它三維表面特性，例如顏色等的掃描裝置和方法。
一些專利和公開的專利申請披露了利用掃描激光束或類似技術來確定物體形狀的光學掃描系統。通常，這類系統采用固定安裝的掃描系統并用光三角測量法來測定深度信息。例如這種系統包括US-4627734(Rex)，EP-B-233920(Addleman)和WO94/15173(Crampton)。
對用來測定形狀或其它表面特性的掃描器的要求是其可以手持。就我們所知，目前只有一種這樣的系統，其公開在US-5198877(Schulz)和它的同族EP-A-553266中。
Schulz系統需要一個在外部建立的、且由光電檢測器陣列確定的坐標系，光電檢測器檢測掃描器上的指示燈陣列。因此只能在坐標系內使用掃描器，而且必須將指示燈陣列保持在光電檢測器陣列的視野內，這樣實際上限制了掃描器的靈活性。這是一個比較嚴重的缺陷，因為通常需要從待研究物體的所有側面上進行掃描以便建立物體表面的完整圖象。
本發明的目的是提供一種掃描裝置和方法，其中掃描器可不受其安裝位置的影響而自由移動。
此外，本發明提供一種用于測定物體形狀或其它三維表面特性的掃描裝置，該裝置包括可相對所說物體自由移動的掃描器件，掃描器件包括a)用于把預定圖形投影到物體表面某個區域上的光學投影器，和b)用于檢測所說區域的坐標或其它表面特性、并產生表示該坐標和其它表示特性的輸出信號的光學檢測器，掃描裝置進一步包括c)聯接到所說檢測器上的處理器，其產生一組表示所說物體表面掃描區表面特性的輸出數據，d)與所說處理裝置相聯接的組合器，其通過合適的轉動和平移把多組從對所說表面進行重復掃描中得到的輸出數據組合成一組共用的輸出數據，所說組合器可附加地包括其他的處理器，其根據與所說表面共用區有關的各組輸出數據的子集合計算所說的轉動和平移，e)還可以附加設置一個慣性檢測器，用該檢測器檢測所說掃描器件相對于所說物體的運動、并產生代表該運動的輸出信號，和f)修正器件，其用于在各順序掃描之間修正掃描器件相對于所說物體的運動，所說修正器件至少響應下列信號之一i)來自所說慣性檢測器(如果有的話)的輸出信號，ii)來自所說另一個處理器(如果有的話)的輸出數據，本發明的裝置包含所說慣性檢測器或另一個處理器之一，或是同時包含兩者。
在一個實施例中，掃描器件帶有用于檢測線性加速度的慣性檢測器和用于檢測轉速的轉動檢測器。通過相對于時間對慣性檢測器的輸出進行雙重積分和相對于時間對轉動檢測器的輸出進行積分，可以在掃描過程中檢測到掃描器件的位置和狀態，并由修正器件提供對光學檢測器進行修正的參數。
在另一個實施例中，修正器件有效地包括組合器，在這個實施例中組合器還包括組合來自連續掃描的數據所需的、用于檢測平移和/或轉動的處理器。
本發明還提供一種利用掃描器件確定物體形狀或其它三維表面特性的方法，其中掃描器件可相對于物體自由移動，所述方法包括i)用掃描器件把預定的光學圖形投影到物體表面的某個區域上，ii)借助安裝在所說掃描器件上的光學檢測器光學地檢測所說區域的坐標或其它表面特性，iii)得到一組表示所說區域的所說坐標或其它表面特性的輸出數據，iv)以重疊的方式對整個所說物體上的光學圖形進行重復掃描，并從重疊掃描中得出其它各組輸出數據，和v)通過用慣性檢測器(50，51)檢測所說掃描器件相對所說物體的運動或通過測定將各組輸出數據的子集合疊加所需的轉動和/或平移，可以修正在各順序掃描之間使所說掃描器件相對于所說物體運動的各組輸出數據，所說的輸出數據與所說表面的面積有關，而所說表面對所說各組數據來說是共同的。
在從屬權利要求中確定了本發明的優選特征。
下面將僅參照附

圖1-6中示出的實例說明本發明的優選實施例。
圖1是按照本發明所述一個掃描器件(采用了線性掃描模式)的示意性透視圖，其表示光學系統的幾何結構；圖2是采用圖1所示掃描器件的掃描裝置方框圖；圖3是表示在本發明所述掃描裝置中使用的另一個掃描器件(采用二維掃描模式)光學結構的平面圖；圖4是表示圖2中所示裝置進行圖象處理的流程圖；圖5是說明用圖3中的掃描器件進行重疊掃描模式投影的示意性透視圖；圖6是說明記錄重疊掃描表面區方法的示意性透視圖。
圖1中示意的大致呈T形的掃描器件10是手持的，其包括在未知形狀的物體1上產生豎向扇形光束3的投影器和使得從物體上受照射的區域擴散反射的光4會聚，并使得物體表面上這束光束的投影13在兩維光電檢測器34上成象的透鏡33。光束3是由激光器29(其最好是具有成束光的半導體激光器，但也可以是例如氦氖激光器)和柱形透鏡30產生的，光電檢測器34由二維CCD陣列構成，沿CCD陣列的每一維上布置有例如幾百個光敏感元件。在另一個實施例(未示出)中，掃描器件通常為C形，在C形掃描器件的一個管腳中設有光束發生器，在另一個管腳中設有光電檢測器，兩個管腳之間有一個夾緊器，借助于夾緊器可以使掃描器件在近似豎直的方向上工作和在近似水平的方向上發射扇形光束。
為了使景深最大和簡化幾何結構，應使光電檢測器34在水平(Z-X)平面內相對X-Y平面傾斜角度β，其法線與透鏡33的光軸平行，角度β應滿足Scheimpflug條件。在該條件下，通過透鏡33把光電檢測器34的象投影到扇形光束3的平面上，而且正如在垂直于光束3的平面的角度上所看到的那樣，形成在光電檢測器34上的圖象13’對應于物體表面的形狀。例如在物體的前部有一個隆起11，而這一特征在外形的圖象13’中是清晰可見的。除了透鏡33的放大率是均一的情況(在這種情況下投影帶13和圖象13’對稱地位于透鏡33的兩側)之外，圖象13’是變形的投影帶13的圖象，而且通常區域放大率MR(光電檢測器上圖象點的水平位移與相應投影點在光束3的平面內的位移之比)是由MR＝MLsing得出的，其中ML是橫向放大率，而g是在水平平面內透鏡33的光軸和光束3之間的角度。
Rex等人在《光學工程》，1987年12月，Vol26，No12，第1245頁中對Scheimpfiug條件進行了討論，并將其示于該論文的圖2和圖3中，在本文中引用這篇文作為參考。
因此，對于熟悉光學工程領域的技術人員來說很明顯，可以根據光電檢測器34的輸出得到物體1的表面形狀(如在垂直于光束3平面的角度觀察所見)。
使用時，用掃描器件10掃描物體1整個表面上的投影帶13。在這個過程中，掃描器件方位角的變化用振動式陀螺儀51來檢測，陀螺儀51產生分別表示掃描器件10圍繞軸x、y和z轉動率的輸出信號ΦX、ΦY、ΦZ。在市場上可以購得價格便宜的小型振動式陀螺儀，而且根據科里奧利(Coriolis)力可以把陀螺儀設置在一個振動殼體或其它結構內。同樣，用加速度計50檢測掃描器件沿x、y和z軸的加速度，加速度計分別產生各加速度信號aX、aY和aZ。最好是使陀螺儀51的傳感軸靠近光電檢測器34的中部以便簡化后面的計算，但這并不是必須的。
掃描器件還包括觸發開關T，用戶可操作該開關開始或停止搜索來自光電檢測器的數據。這個觸發開關T輸出控制信號C。
把加速度計和陀螺儀設置在物體1上，并在驅動物體運動的同時使掃描器件保持靜止，從而掃描物體表面上的投影帶13，這一特征也包含在本發明的范圍內。在物體移動不可避免的情況下，例如當物體是人體的一部分，比如是患者的頭部時，這種設置是非常有用的。
圖2中示出了用于處理來自光電檢測器34、陀螺儀51和加速度計50的輸出信號的電路。可以通過例如柔性電纜或無線連接把這些信號送到處理電路中，或是例如把這些輸出信號數字化并存在掃描器件內的局部存儲器如一個高容量小型硬盤(未示出)中，從而使掃描器件能在其處理電路的遙控下使用和完成掃描之后進行的處理。至少把圖2中的某些電路設置在掃描器件中。
根據陀螺儀51和/或加速度計50輸出的信號控制由光電檢測器34產生的數據和/或對數據進行搜索，由此可避免在轉角或加速度過大或過小(例如因噪聲或漂移所致)的情況下確定掃描器的位置和/或方位從而能進行精確計算。
現在再參照圖2，圖中所示的三個方塊50a-50c表示加速度計，它們輸出的信號分別表示沿x、y和z軸的加速度，同樣，方塊51a-51c表示陀螺儀，它們的輸出信號分別表示繞軸x、y和z的轉速。用傳統的低噪聲和低漂移前置放大電路對加速度信號進行放大并經采樣保持電路45后將其送到14位模/數轉換器20中。同樣，轉動信號由傳統的低噪聲和低漂移前置放大電路進行放大并經采樣和保持電路56送至14位模/數轉換器55。采樣和保持電路45、56以每秒鐘5000次的速度進行采樣。把來自模數轉換器20和55的數字化信號分別送至信號調整電路21和52，調整電路包含數字式濾波器以便濾掉噪聲、修正加速度計或陀螺儀輸出信號中的非線性(例如通過采用查詢表)和修正因溫度變化引起的漂移。
把得到的數據送到數字式信號處理器23，在此對陀螺儀51的傳感軸相對光電檢測器34的偏移(如果有的話)進行修正并對加速度計50和陀螺儀51之間的距離進行修正。這種修正是必要的，因為例如集中在加速度計50上的突然轉動會使光電檢測器34產生未被加速度計檢測到的足夠大的加速度。然而，對熟悉本鄰域的技術人員來說，很明顯，考慮到加速度計和陀螺儀之間是分離設置的，因此可以使用由陀螺儀測得的轉速的變化率和加速度計的輸出來計算光電檢測器的加速度，原則上還應注意到，還可以根據兩個相隔的陀螺儀(每個陀螺儀對圍繞所有三個軸的方向敏感)或兩個相隔的加速度計(每個加速度計對沿所有三個軸的方向敏感)的輸出信號計算光電檢測器的轉速和加速度，所說陀螺儀或加速度計相對于光電檢測器的位置是已知的。
處理器23采用雙重積分法對經修正的光電檢測器加速度(沿x、y和z軸)連續值進行雙重積分以便確定光電檢測器在掃描期間的瞬時位置(相對于任一起始位置)。由于采樣和保持電路45和56被鎖定電路57以極快的頻率(例如5KHz)鎖定，所以這種位置檢測實際上是實時進行的。
同樣，處理器23采用積分法對經過修正的光電檢測器轉速(圍繞x、y和z軸)的連續值進行積分以便確定光電檢測器在掃描過程中的瞬時方位，這實際上也是實時進行的。
為了適時修正位置和方位要在每秒鐘內對100個采樣組進行50次上述積分，這與光電檢測器34的采樣頻率相匹配。
把上述位置和方位信號送到掃描數據處理器25，該處理器25還接收從光電檢測器34輸出并通過采樣和保持電路26、14位模/數轉換器27以及修正電路28送來的物體1表面的數字化外形。修正電路28修正掃描器件10的任何光學畸變(特別是由透鏡33引起的畸變)，通過合適的修正(例如修正橫向偏差和從Scheimpflug幾何學得出的距離放大率)從圖象13’中得到投影帶13的真正形狀(如從垂直于光束3的平面角度上看到的那樣)，并且還能確定圖象13’的矩心，雖然在圖1中是用一條線來表示圖象13’，但是通常該圖象具有有限的寬度，因此能增大從水平靠近光電檢測器的元件輸出的信號。
因此，掃描數據處理器25能夠實時地接收代表物體1真實形狀的信號(如從垂直于光束3的平面所看到的那樣)和代表光電檢測器4的方位和位置的信號(光電檢測器與和物體1的表面相交的光束3照射區的位置及方位有固定關系)。通過簡單地利用與從光電檢測器34中采集的每組坐標數據相應的各次轉動和平移，可以直接從上述數據中得到由光束3掃描的整個物體表面區域的形狀特征。
然而，在掃描過程中很可能會產生累積的位置和方位誤差，此外至少在一些掃描點上的轉動和加速度會處于加速度計和陀螺儀的動態范圍之外。因此，在掃描期間不獲取數據，而只是間歇地在例如掃描器件10上的操作器控制開關T的控制下，或是在加速度計和/或陀螺儀輸出信號的控制下，或者是在預定的期間才獲取數據。例如，可用這種信號來驅動類似LED這樣的指示器以便向操作者顯示加速度和/或轉速處于搜索數據時可接受的范圍內，或者是可以用這種信號作為門信號，例如通過阻止來自電路57的時鐘信號到達采樣和保持電路26來阻斷對數據的搜索。
而且，在本優選實施例中，處理器25僅適用于與一組連續的外形相應的轉動和平移以便在操作者的控制下和/或在上述門信號的控制下產生小區域掃描表面的表面描繪信號和停止產生這種表面描繪信號(這種表面描繪在一個共用坐標系中是一個云斑)。用相似的方法，例如通過再一次操縱開關或釋放門信號可以產生描繪另一個表面部分的表面信號。用這種方式可產生連續掃描文件，每個文件包含有代表不同但卻是表面部分重疊的云斑。在掃描期間監視掃描器件10的位置和方位，并由此獲得在開始形成每個掃描文件時光電檢測器34的位置和方位角(雖然可能帶有一些累積誤差)，所述的位置和方位與掃描文件的三維坐標數據有關。
每個掃描文件由描繪掃描表面區域表面坐標的三維云斑構成，并與在對該組每個外形進行搜索期間表示光電檢測器34位置和方向的數據有關。把連續掃描的文件從處理器25輸出到設有顯示器131和鍵盤130的計算機47中。
在說明由計算機47進行的處理過程之前，先參照圖3說明包含投影器和探測器的另一個光學裝置，該裝置在物體的表面35上投影一個兩維光學圖形，并從該圖形上檢測一系列物體表面形狀。而且該裝置還能夠在不需要任何位置或方向信號的情況下對確定掃描物體表面區域的一組三維坐標數據進行搜索并能取代圖1中所示的光學裝置。
參照圖3，半導體激光器29向光學裝置300發射激光束，所說的光學裝置包含有柱形透鏡或象振動式反射鏡裝置這樣的掃描器，設置柱形透鏡是為了形成垂直射向附圖平面的扇形光束，而設置振動式反射鏡裝置是為了使光束垂直于附圖的平面振動以便形成相應的扇形包絡線。然后通過一個固定反射鏡把得到的扇形光束或包絡線投射到以20,000r.p.m轉動的且由24個小平面構成的多邊形反射鏡40上，該反射鏡對圖中所示平面內的光束或包絡線3’進行掃描。由光束或包絡與物體表面的交叉處確定的外形(如箭頭a或b所示)通過透鏡33成象到傾斜的光電檢測器34’上，并形成相應的圖象a’或b’。最好使檢測器34’滿足Scheimpflugts條件以便使景深最大。這樣便可以從相應的圖象a’或b’中測定表面a或b的形狀。
為了使所檢測的外形與一個共同的坐標系相關，必須知道光束或包絡線3’在附圖平面中的瞬時方向，為此用傳感器41檢測多邊形反射鏡40的角度位置，并把角度位置信號送到處理器42。在傳感器41輸出位置信號的同時，處理器42對光電檢測器34’的輸出進行采樣，并根據角度位置信號相對于共用坐標系對由處理器42算出的每個外形進行校準。因此，處理器42的輸出是三維坐標系中的云斑，其限定了由光束3’掃描的表面區。優選的裝置300包括一個使激光束垂直于附圖的平面快速振動(例如以8KHz)的掃描器，該振動與在附圖平面內得到的包絡線3’的振動頻率有關，而且光電檢測器34’是一個兩維橫向效應光電二極管。這種裝置具有非常短的響應時間，并且能在掃描器明顯移動之前產生表面掃描區的有效瞬時“圖象”。
這類用于產生掃描文件的設備中象圖1所示的裝置具有以下兩方面優點首先消除了投影帶之間慣性導航信號中的各種誤差，其次在物體表面上經掃描的兩維區域內搜索的數據密度將更加線性化，而且與掃描速度完全無關。
用術語‘對數據進行“有效地瞬時”搜索’來說明對在一段時間內投影到物體表面上的兩維矩陣或光柵內多個表面點的搜索，所說的時間段是如此之短，以致于在該時間內掃描器件10預期的最大運動量小于表面形狀數據所需的精度。
例如，如果預期的最大掃描精度是250mm/s，所要求的精度是1mm，那么在最大速度下所花的時間為1/250＝0.004s。因此，在4ms內必須完成全部兩維搜索。最好是使每次搜索包含至少幾百個點。例如，如果多邊形反射鏡40在每次掃描時在物體表面上形成32×32點的矩陣式搜索，那么應在每秒鐘內得到1024/0.004＝256000個點。
除了上述的轉動式多邊形掃描裝置之外，目前能滿足這種技術要求的幾種可行的掃描技術包括聲光偏轉器和電光偏轉器系統，這些系統可以是與諧振式行掃描器任意結合。所有這些系統都能以可變的角度并在兩維空間內把表面上的一個點投影到掃描器件上并且能快速地控制投影角度。
特別是，通常采用聲光偏轉器來改變晶體的折射率，以使光束偏轉1000個線性分隔的單值角中的任一角度。可以將特定的聲光器件聯接成使之能提供x，y向隨機存取的偏轉。
上述轉動式多邊形反射鏡系統需要一個能在光柵的每一行上形成行掃描的中速轉動式多邊形反射鏡40和在改變每行的開始位置時使光柵豎向移動的低速掃描器，例如光學裝置300中的另一個轉動式多邊形反射鏡。如果使用的是有24個小平面的多邊形，那么在轉速為20000r.p.m的情況下，多邊形反射鏡40的掃描速度是8000行/秒(掃描角度為15°)，并且在4ms內將掃描32條線。光學裝置300的另一個轉動式多邊形反射鏡可以是以(1/0.004)/24×60＝625RPM轉動的24面多邊形，即每4個毫秒掃描一次。
如上所述，優選的光點檢測器34’是一個橫向效應的兩維線性硅光電檢測器，光電檢測器輸出連續的模擬信號，該信號顯示入射光的矩心相對于光電檢測器中心的偏移量。這種光電檢測器能分辨出幾Mhz下的光變化。
圖3所示實施例中的處理器42優選包括多個高速頻閃模數轉換器，轉換器把來自光電檢測器的x和y向矩心信號數字化，所說信號與測量時在投影光束3’的特定角度點上得到的表面形狀相對應。然后把數字化的點轉化成三維坐標系中的點，該三維坐標系為由多邊形反射鏡40借助于來自傳感器41的信號完成的整體掃描所共有，傳感器41可以是例如霍爾效應傳感器。這些信號表示光束3’的瞬時取向。如果用聲光裝置進行掃描，那么可以從裝置的驅動信號中得到所需的光束取向信息。
用圖3所示的裝置比用圖1所示的裝置能采集更多的數據，而且由于掃描文件之間的移動非常小，所以能使每個連續掃描的文件包含很大比例(例如50％或更多)的前一次掃描數據，由此可達到幾乎完全重合。這樣能夠比較容易地將與連續掃描的文件對應的表面部分結合起來得到對物體1表面的完整描繪。特別是，雖然圖3所示的裝置中具有與圖1中的加速度計和陀螺儀相同的加速計50和陀螺儀51，但是不必把處理器42的輸出與從這種加速度計和陀螺儀得到的數據相結合來給出包含所需位置和方位角數據的連續掃描文件，其中的數據由圖1中的電路25提供。在不輔之以這種數據的情況下，可以把掃描的表面部分與計算機結合起來，這一點從下面的掃描中將更易于理解。然而可以用來自加速度計和陀螺儀的信號a)得到在連續掃描文件之間掃描器件的位置的方位角變化，然后把逐對(或更大組)掃描文件結合起來形成復合掃描文件，這樣，只需要很少的配合處理便能得到完整的表面描繪和b)向后續處理電路即能在相繼的掃描文件之間找到重疊區的電路提供位置和方位角信號，由此來簡化處理。下面將參照圖5來說明這種信號的使用情況。
現在再參照圖4，其表示計算機47對掃描文件的處理過程和數據流。把每個掃描文件(1-N號)的坐標數據表示成611-61N的云斑。
下面將詳細說明圖中所述的數據和過程數據原始三維坐標數據的掃描文件這是從掃描器件10的一次掃描中采集的數據文件(用CLOUD OFPOINTS(云斑)表示)。它包含對表面形狀三維坐標的多次搜索。當壓下掃描器件觸發開關T且在任何方向上的速度都超過閾值時，便開始掃描。而當釋放觸發開關T或任何方向的速度下降到低于第二(較低的)閾值(滯后)時，則停止掃描。在此期間，以規則的時間間隔進行外形搜索，而且外形的數量與掃描持續的時間成正比。每一次外形搜索包含沿外形長度方向的多次距離采樣。在另一個實施例中，除了基本的三維坐標數據之外，在每個掃描文件中還可以包含一些其它的數據項，以便協助后續程序完成例如掃描文件時間標記的誤差修正，從而指示開始掃描的時間、掃描器件的位置和方位角以及表面顏色。
步驟62掃描文件的表面擬合掃描文件實質上由一組隨機放置且彼此無關的點構成，這些點作為無序點和在后續處理階段不適合格式化的點極難進行任何進一步的處理，這個處理過程是為在于后續處理操作形式的掃描文件中由隨機排列的點描繪的表面建立一種數學模型。值得注意的是該數學模型不必用x、y和z坐標來表現該表面，而僅僅是原始的指令格式，這些數據能夠體現諸如能在后續處理中進行非連續計數等有益特征。其具有兩個效果將數據排列成公知的格式，和在不考慮改變數據密度的情況下形成掃描區域完整的表面模型。然而必須考慮到，由于表面模型并不保留最初的原始坐標數據，所以在這個過程中會損失一些數據。目前已有多種用一組無序三維坐標描繪表面的方法，這些方法包括i)K-D二叉樹，ii)局部鄰域增長計算法，和iii)沃龍諾依圖的德朗奈三角測量。
i)K-D二叉樹K-D二叉樹(Henderson 1983，Friedman等人；1977)把數據定位到二叉樹上，其中樹上的每一點均與它最鄰近的點相連。通過依次測定每個點和它與其最鄰近點的空間關系便可以進行連續表面特征的檢測。
ii)局部鄰域增長計算法通過先擇一個或多個種子點(通常是不連續點)并使這些點增長成多個區域(受非結構化點數據的影響)，直至使這些區域相遇來實現局部鄰域增長算法，而且局部鄰域增長算法以適合于進一步處理的空間相關方式完整地描述了這組非結構化點。由于在不連續點處(例如在邊緣處)阻止了區域的增長，所以該方法具有在處理過程中自動檢測間斷點的優點，這使得對后序過程中特征點的識別更加簡單。這種方法的缺點是它比本文中描述的另外兩種方法需要更多的處理。
iii〕沃龍諾依圖的德朗奈三角測量在沃龍諾依圖的德朗奈三角測量是(Toussaint 1997)中，沃龍諾依圖是通過確定一個與測得的每個表面點有關的平面而建立的，以便使平面內的每個點更靠近測得的表面點，而不是測得的任何其它表面點。這樣便建立起一個多面體，其多面體表面集中體現在檢測到的各表面點上，多面體表面的邊緣介于測得的相鄰表面點之間。通過在測得的三個表面點之間確定一個三角面并測定三角面和中間測得的位于其之上的表面點之間的垂直距離可對得到的多面體進行簡化。根據垂直距離的大小，可以把三角形分成以這些點為頂點而確立的兩個三角形或者是刪除這些點。對掃描物體(具有三角形表面的一部分多面體)的最終描述很簡單，這是因為僅在前一個近似表面不能令人滿意的情況下才形成其它三角形。Francis等人在1985年描述了一種類似的方法，但其適合于非常大的數據組。
從步驟62得到的數據將是一種適合于提取特征點的形式的表面模型。根據步驟62中使用的精確方法，表面模型可以是一組樣條、二叉樹或一組相連的三角形或其它多面體的形式。
步驟63“特征點”的檢測可以將這些點定義為局部表面的任何次導數(特別是斜率，即，一次導數)過零的點，這些點包括邊緣、拐角、峰、谷和鞍形區。檢測這些特征的方法包括i)平面切斷和ii)表面曲率分辨。在表面基本上無特征的一些情況下，可將一些小的和易于除去的且為已知形狀和尺寸的標記放到待掃描物體上以便產生仿真“特征點”。在處理結果時通過減去合適的三維模型的步驟便可從掃描文件中除去這些標記。
i)平面切斷理論上，平面切斷的步驟包括沿大約穿過掃描數據中心的軸按固定的間隔取下連續的平面切片。這將提供一組連續深入到范圍數據中的表面外形圖。通過對任何給定平面切片和其前后平面的數據差進行譯碼便可測出諸如拐角和邊緣等特征。可以反復進行這一步驟，其中開始時可以使用平面之間的粗大間隔，進而是連續的細小間隔直至識別出特征點。
ii)表面曲率分析用樣條和對表面進行多面體描繪的形式作為輸入數據，通過檢測偏離樣條的點，可用表面曲度找出表面中的間斷點。還可以用這種方法測出用其它手段無法測出的表面特征，其中可用數學方式完整地描繪一個平滑的拋物面，而且可以用該拋物面作為掃描記錄的特征點(其斜率過零)而不是象其它方法中的表面點。為此，對于普通的表面積分程序包來說該方法是一種重要的工具，因為如果存在任何間隔點，該方法能夠記錄包含極少間隔點的掃描文件。Besl等人在“IEEE TransPAMI，Vol10，No2第167-192，1988年3月”(在此引用作為對此文件)中描述了一種利用表面進行表面特征識別的方法雙視點恒定曲度測量，即高斯曲度(K)和平均曲度(H)。相對于八種可能的表面類型，即峰、脊、鞍形脊、平坦區、小表區、凹痕、谷和鞍形谷，具有八種這些參數可能出現的極性組合。
來自步驟63的數據流包括與每個掃描文件有關的“特征點”而且該數據流用一個表格(例如峰、鞍形、鞍形、谷)表示，所述表格與另一個表示每個特征點之間空間關系的表格相聯系。可以用下列數據組或一些子集合來描述第一個表中的每個特征點-特征點的中心在該次掃描的局部坐標參照幀中的坐標。
-在該次掃描的局部坐標參照幀中掃描裝置對特征點的相對搜索角。
-類型，例如峰、谷、凹痕、鞍形等。
-導致產生特征點的間斷點的大小。
-表面特性，例如色彩、反射性(假設使用響應這樣特性的光電檢測器而且相應的數據是有效的)。
步驟64共同特征檢測器通過使該組特征點和它們在每個掃描文件中空間關系與其它掃描文件的各組特征點相匹配來識別不同掃描文件中共同的表面特征。這種技術在Soucy等人的“IEEE Trans。圖形分析和機器智能，17，No.4，1995年4月”中已有描述，該文在此引用作為參考。
特別是，對每對掃描文件來說，相對于類似的特征點類型進行一次掃描，在該對掃描文件之間形成一個共同的特征點類型表。接著，可以將每次掃描時表中共同特征點之間的相對空間關系與各對相似類型之間的第一匹配距離相比較，從而產生原始表的子集合，其中各對特征點之間的空間關系相互匹配。然后檢查其它相鄰的特征點與從每次掃描中得到的匹配對的相對空間關系以便得到包含三個特征點的匹配，從而形成三個特征點匹配的子集合。這對確定各次掃描之間出現的任何一組共同特征來說是最低的要求。這個步驟連續進行，直到不能再發現其它匹配對為止。特征點匹配的數量越大，對各次掃描之間重疊表面特征間的匹配修正可信度越高。
該步驟的一個實例如下掃描文件1 掃描文件2峰 峰峰 脊脊 鞍形凹痕 最小表面凹痕 凹痕首先通過比較刪除對掃描文件1和2來說的非共同特征(即鞍形和最小表面)。
其次計算掃描文件1中每對特征之間的距離和相應地計算掃描文件2中每對特征之間的距離，結果列于下表中掃描文件1 掃描文件2峰-峰距離 峰-脊距離峰-脊距離a峰-凹痕距離a峰-脊距離b峰-凹痕距離b峰-凹痕距離a 峰-凹痕距離c峰-凹痕距離b 脊-凹痕距離a脊-凹痕距離 脊-凹痕距離b脊-凹痕距離c把掃描文件1中的每個距離與掃描文件2中的相應距離(即相應特征組之間的距離，例如峰-脊距離)相比較。可以發現，例如掃描文件1的峰-脊距離與掃描文件2的峰脊距離相匹配，各掃描文件的峰-凹痕距離相匹配，而且掃描文件1的脊-凹脊距離與掃描文件2的脊-凹痕距離相匹配。然后處理這些匹配的距離，找出可能結合的三個不同特征之間的各組之距離表。在這種情況下得到的每一個表都包括一組峰、脊和凹痕之間的距離掃描文件1峰-脊距離，峰-凹痕距離，脊-凹痕距離掃描文件2峰-脊距離，峰-凹痕距離，脊-凹痕距離如果這些組的距離相匹配，那么可以為這些峰、脊和凹痕相對掃描文件1和2是共同的。
對其中至少三個特征點已經以這種方式與另一個掃描文件相匹配的所有掃描文件而言，需確定把一個掃描文件的共同特征點疊加到另一個文件上所需的三次轉動(繞一個掃描文件的坐標系統中x、y和z軸)和三次平移(沿x、y和z軸)。
就具有共同特征(重疊區)的每對掃描文件而言，將上述三次轉動和平移從步驟64輸出到步驟65。
步驟65掃描文件的轉動和平移對所有重疊的掃描文件云斑進行轉動和平移，得到能相對于任意坐標系確定掃描物體完整表面的單個云斑。此外可以將這些轉動和平移用于步驟62中形成的表面模型。
相對于原始掃描文件的云斑或表面模型來說，得到的數據是相同類型的數據，但是要將其轉換到共同的坐標系。
步驟66非冗余表面模型發生器具有三種把一組多區域圖象合成單個非冗余文件的基本方法，在這個步驟中可以選用任何一種方法1)根據多組無序的三維點直接計算表面模型這些技術的優點是僅用點數據即可計算表面模型。為此而作的假設是a.通過P點的幾個最近的三維鄰域能測算出P點的N個最近的表面鄰域，b.模型化的物體表面上的數據密度比較均勻，c.用相同的精度測量這些點。
如果采樣的密度不是很高和當數據是不同精度的數據時(例如在以銳角朝表面反射的過程中得到的數據)該技術存在大表面間斷點的問題。這種方法的一個實例是Hoppe算法(H.Moppe等人，Proc.ofSIG-GRAPH’92，第77-78頁，1992，該文在此引用作為參考)。
2)通過相對每個掃描文件設定參考表面描述來建立表面模型。
在記錄誤差比數據搜索誤差小的情況下，該方法可提供比1)更精確的表面模型。為了利用這種技術成功地實現模型化，物體上不能帶孔，而且投影到物體表面上的柱形或球形柵格必須是連續的。
3)利用一組掃描文件的Veun圖測算表面模型片段。
雖然所有三種方法在步驟66中都是有效的，且可由使用者在計算機47(圖2)的鍵盤130上用合適的輸入指令進行選擇，但是由于方法3)設有關于模型化物體的拓撲學記錄，所以該方法是唯一最有用的方法。
這種方法在Soucy等人的IEEE Trans圖形分析和機器智能(supra)第三部分(第346頁etSeg)中已有描述，所以在下面只作簡單說明。
在將掃描文件結合之前，先對它們進行四步預處理a.將數據移至精確的閾值之下。
b.將數據移至深度窗之外。
c.通過在原始文件中保持水平和垂直鄰域之間的三維距離閾值來檢測區域間斷點。
d.將原始掃描文件投影到一個平面上，并用方形柵格拓撲圖將其參數化。在得到的點坐標文件(以下稱之為視域)中，兩個縱向點之間的參數化距離等于兩個水平點之間的參數化距離。
通過計算所有可能的視域對其之間相同的表面段可以得到Venn圖。兩個或多個視域之間的每個表面特性重疊區構成了典型的Veun圖子集合。從這組視域中得到Venn圖的步驟包括找出所有可能的視域對之間的交叉點，并進行一次計算，這樣便可以相對于已采樣的其它視域中各視域內的每個點確定表面上該點處的元素。由此可隱含地得到Venn圖的標準子集合內容。
點數據將因噪聲而產生，且其分辨率有限。為了確定一個視域中的每個點是否與另一視域中的一個點相匹配，必須進行兩個測試，即空間鄰域測試和表面可見度測試。這兩個測試必須在兩個視域中的所有表面點上進行。
用空間鄰域測試(SNT)檢查一個視域中的某個點與另一個視域中的表面片之間的歐幾里得距離相對于測量誤差是否足夠小以便確定它們是否屬于相同的三維鄰域。表面片的定義是局部性的，而且將它定義為由在其它視域的參數化柵格中一次轉換的點的三個最近鄰域形成的平面。
表面可見度測試(SVT)根據局部表面定向信息檢驗一個視域中的表面片相對于另一個視域中的表面片是否可見。例如，如果兩個視域中的各組點具有滿足空間鄰域測試(SNT＝TRUE)的相同坐標，那么各組點仍然屬于不同的表面，例如薄片的內側面和外側面。SVT準則包括測定與各組點相應的表面垂線之間的角度；只有當該角度小于90°時才滿足上述準則(SVT＝TRUE)。
相對于一次逼近而言，那些SNT＝TRUE和SVT＝TRUE的點對不同的視域來說是共同的點。但是由于上述測試在近距離斷點例如邊緣和拐角處是不可靠的，所以上述測算并不是對標準子集合(即共同點)的完整測算。
此外，這些初始測算可作為迭代區增長過程中的種子使用，這些種子一直擴散到以陡峭間斷點象素的外形為標志的邊界處。還必須用一致性準則來防止孤立點自由生長。可以將這個準則定義為在擴展區域中至少有50％的元素必須是SNT和SVT＝TRUE。區域增長算法基于修正的8鄰域團點色彩算法。可以不檢查給定視域中的兩個八連象素是否具有相同特性，而是檢查它們在兩個視域中是否被與種子區元素四連的階梯形連續象素的外形斷開。
當從Vemn圖中抽取非冗余模型時，首先計算用于對每個Veun圖的標準子集合進行模型化的一組三角形。然后將這些局部的三角形結合起來得到一個將物體模型化的完整的集合三角形。
把用常規格式得到的模型從步驟66輸出到步驟67。
步驟67文件格式轉換用完整的集合三角形模型作為文件格式轉換的輸入數據產生一個用適合于由大量三維軟件包顯示、操作和存儲的標準文件格式描述物體的文件，所述軟件包包含但不限于各種平臺上的CAD。
數據用工業標準文件格式進行物體描繪由文件格式轉換應用程序支持的共享三維文件格式包括Bezier曲線，B-樣條曲線和表面，B-Rep模型，結構幾何學(CSG)和CSG樹，DXP幾何交換格式，初始圖形變換標準(IGES)(和變異-VDA-IS/VOA-FS)，非均勻有理B樣條(NURBS)，八元樹模型，和步長/Pdes。
將該數據輸出到CAD軟件包68。
可以把上述過程的部分或全部顯示在計算機的顯示器131上，特別是需要與表面部分相擬合的轉動和平移，這樣便可以由使用者進行修正和調整。合適的計算機是圖形工作站或是高速個人計算機。
現在參見圖5，用所設定的與圖3所示優選光學掃描裝置和加速度計以及陀螺儀相結合的掃描器件10對圖5中所示的物體1’(紙杯)進行掃描。顯示出的物體表面上的第一掃描拐角(即因多面體反射鏡40轉動而由水平掃描光束3’覆蓋的區域)為p、g、r、和s，而且應注意的是這次掃描與下一次掃描t、u、v、w實際上是重疊的。在這兩次掃描的下方，在紙杯的表面上顯示出第二行的另兩次掃描，而且持有掃描器件10的操作者可確保兩行重疊。正如圖3所描述的那樣，連續掃描pqrs和tuvw之間的重疊是由于多面體反射鏡40相對于來自掃描裝置的投影光束量具有快速掃描頻率所致，所說的投影光束是從待測物體1’的表面上掃過的光束。而且，每次掃描的邊緣區(例如陰影線示出的掃描pgrs的區域)必然與下一次掃描的邊緣區相重疊。例如圖5中所示第一次的拐角r和s之間的邊緣區將與第二次掃描的拐角t和u之間的邊緣區相重疊。
而且，可以用圖4中的共同特征檢測器(COMMON FEATUREDETECTOR)在步驟64來觀察每個掃描文件的邊緣區重疊情況。最好是通過掃描器件10實時地產生掃描文件。換句話說，不是等到所有掃描文件都產生后再查看每個可能的掃描文件之間的重疊區，而是由步驟64查看連續產生的掃描文件區域(特別是邊緣區)之間的重疊區。
此外，很顯然，如果掃描器件10上帶有慣性檢測器，例如加速度計和陀螺儀。那么就可以通過對該慣性檢測器的輸出信號進行處理來確定在物體1’表面上的掃描速度和運動方向，并由此預測連續掃描文件重疊的精確區域。即使是省略慣性測量器，也可以根據共同特征在其掃描文件中的位置得出首先進行的兩次掃描之間的運動速度和/或方向，并用該結果進行一次逼近后，預測在其后進行的兩次掃描中將要重疊的區域，因此共同特征檢測器(COMMON FEATURE DETECTOR)步驟將僅觀察該區域中的共同特征。在這些實施例中大大地減少了識別連續掃描文件中的共同點所需的處理過程，而且使這些過程易于實時地實現。
在掃描期間可以考慮重新裝入加速度計和陀螺儀并且為此而設置了對接站100，在掃描期間掃描器件可以周期性地返回到該對接站。如果每次掃描都是從把掃描器件從對接站中取出開始，則能夠減小由加速度計和陀螺儀引起的累積誤差。此外，在對物體1’進行掃描之前可以先掃描一個具有已知尺寸和形狀的參考物體200并用其來校正系統。
原則上可建立一個確定物體1’完整表面的文件，并保證在借助來自掃描器件的投影圖形對整個物體表面進行掃描的同時，將物體保持在掃描器件10的光電檢測器34’的視域內。但這并不總是切實可行的，通常容易做到的是把確定物體部分表面的連續文件結合起來形成組合的掃描文件，并重復該過程形成其它的組合文件，然后在掃描過程結束時借助圖4中的步驟64和65把各組合掃描文件結合起來形成完整的表面描述。
此外，如果按預定順序(例如搜索順序)以串行方式或其它能將信息保存在其掃描位置上的方式從步驟47(圖3)中讀出所有點的坐標數據，則可以簡化圖4中的表面擬合步驟62。從這種信息中可以識別出每個點的最近鄰域，而不需要計算所有各對點之間的距離，因此通過把每個點與其最近的鄰域相連可建立起一個表面。假設圖4所示掃描裝置中光束3’的掃描角比較小，那么得到的表面將近似等于矩形柵格上的投影。
而且很顯然，如果采用圖3所示的優選掃描裝置可以省去上述圖4中所描述的多個用于尋找掃描表面部分共同特征的復雜過程。
此外，用原始的計算技術(如在K.E.Kinnear的“原始程序中的優化(Advances in Genetic Programming)”和John.R.Koza的“原始程序II再生程序的自動發現”計算機科學系，斯坦福大學，斯坦福，加利福尼亞94305，中已有描述，該文在此引用作為參考)或相關的模擬退火Boltzmann技術可得到操作上的優點。在兩種情況下，利用從擬合準則例如與連續域數據文件共有的最近特征點中(在大的數據組中)測得的結果，連續選擇那些產生最好擬合的子計算，并進行多次重復從而把隨機因素引入到后續處理的計算中。從題為“快速路徑計劃的結構空間中的隨機網絡，Lydia.E.Kavraki，計算機科學系，斯坦福大學，斯坦福，加利福尼亞94305”的第STAN-CS-TR-95-1935號報告描述的技術中能夠容易地得出數據文件在六維空間中重新定向和記錄的類似方法。
在這種情況下，參考圖6，其示出了兩個投影矩形格柵上的表面S1和S2，所述表面是從由圖4的掃描裝置輸出的連續掃描文件中得到的。至少要針對表面的重疊邊緣區計算由一個表面S2的四個鄰近點確定的法線N，然后a)計算沿每條與表面S2相交的法線距離，b)用通常的或其它交互式算法確定使這些相交距離總和最小所需要的三次轉動和平移(相應于最好的重疊)。這種技術不需要檢測間斷點或其它“特征點”。
本發明的另一個實施例是通過使用彩色CCD或類似的兩維彩色光電檢測器而不是目前的光電檢測器，在使激光器頻閃或使用寬帶光源的情況下以表面位置數據的形式瞬時俘獲彩色和紋理重疊信息。
本發明的另一個實施例可以保留如圖1和圖2所示的慣性位置和姿態測量系統，但可以使用任何其它器件以確定相對于掃描器件的表面坐標。
在本發明的再一個實施例中，可以將位置和姿態測量系統裝到待測物體上，而物體能繞固定的掃描裝置移動，或是對另一個位置和姿態測量系統而言，除了將其裝在掃描器件上之外還可以將其裝到被掃描的物體上，從而使掃描物體和掃描器件都能自動移動。
此外，不必處理用于比較重疊表面的掃描文件便可記錄測得的掃描物體表面部分。而且，如果慣性測量器足夠精確的話，從慣性檢測器的輸出信號中完全能得出所需的轉動和平移可以用發光二極管代替作為光源的激光器28，也可以使用除光波長之外的其它波長，特別是I.R.波長。而且術語“光學的”是指廣義上包括符合光學定律的任何輻射體或裝置。
本發明的再一個實施例采用了具有各種放大率的可控透鏡系統以便增大深度測量的動態范圍。
本發明的另一個實施例可以包括裝在計算機(47)中的密度、質量和體積計算器。
如果掃描物體的表面具有較高的反射性和較高的透光性，那么使用慣性精細粉末例如指紋粉將是很有利的。
權利要求
1.用于確定物體(1)的形狀或其它三維表面特性的掃描裝置，該裝置包括可相對于所說物體自由移動的掃描器件(10)，掃描器件包括a)用于把預定圖形投影到物體表面(2)的某個區域上的光學投影器(5)，和b)用于檢測所說區域的坐標或其它表面特性并產生代表該坐標或其它表面特性的輸出信號的光學檢測器(6)，所說掃描裝置進一步包括c)聯接到檢測器上的處理器(25、26、27)，其產生一組代表所說物體表面掃描區(pgrs，tuvw)表面特性的輸出數據，d)聯接到所說處理器上的組合器(47)，其通過適當地轉動和平移，把從對所說表面的重復掃描中得到的多組輸出數據合并成一組共用的輸出數據，所說組合器可選擇性地包括其它處理器(61-66)，這些處理器根據與所說表面共用區有關的各組輸出數據的子集合計算所說的轉動和平移，e)選擇性地設置慣性檢測器(50，51)，其檢測所說掃描器件對于所說物體的移動，并產生代表該運動的輸出信號，和f)修正裝置(23，47，50，51)，其在各順序掃描之間修正所說掃描器件相對于所說物體的運動，所說修正裝置至少響應下述信號之一ⅰ)從所說慣性檢測器(如果有的話)輸出的信號，ⅱ)來自所說另一個處理器(如果有的話)的輸出數據，該裝置還包括所說的慣性檢測裝置或另一個處理器，或同時包含兩者。
2.如權利要求1所述的掃描裝置，其中所說的組合器(47)包括a)用于記錄與重疊掃描共有的物體特征的裝置，和b)用于把所說各組輸出數據轉移到共同坐標系的裝置，其中把在一次掃描中測得的特征疊加到在重疊掃描中測得的特征上。
3.如權利要求1或2所述的掃描裝置，其中所說的位置檢測器包括a)由所說掃描器件(10)攜帶的慣性檢測器(50)，其產生表示所說掃描器件線性加速度的加速度數據，和b)響應所說加速度數據的積分器(23)，其測定在各順序掃描之間所說掃描器件線性位置變化。
4.如權利要求3所述的掃描裝置，其中將所說的慣性檢測裝置(50)連接到當測得的加速度超出預定范圍時禁止采集或處理所說輸出數據的裝置上。
5.如上述任一權利要求所述的掃描裝置，其中所說的位置檢測器包括裝在所說掃描器件上用來測定在各順序掃描之間掃描器件轉動狀態的慣性檢測器(51)。
6.如權利要求5所述的掃描裝置，其中將慣性檢測器(51)連接到當測得的轉速超出預定范圍時禁止采集或處理所說輸出數據的裝置上。
7.如權利要求3-6中任一項所述的掃描裝置，其中所說的慣性檢測器(50，51)在每次掃描期間響應所說掃描器件(10)的位置和姿態變化，而且要把該檢測器設計成能相對每次掃描期間位置/或姿態的變化對每組輸出數據進行修正。
8.如權利要求3-7中任一項所述的掃描裝置，進一步包括在相對于所說的物體(1)對所說坐標進行光學檢測時，把測得的所說區域表面坐標與描述所說掃描器件(10)的姿態和/或位置的姿態和/或位置數據聯系起來的裝置(25)。
9.如上述任一權利要求所述的掃描裝置，其中所說的掃描器件(10)帶有多個慣性檢測器(50，51)以檢測所說掃描器件沿三個相互垂直軸的位置變化和所說掃描器件繞三個相互垂直軸的方位角變化。
10.如上述任一權利要求所述的掃描裝置，其中所說的光檢測器(6)包括a)對所說圖形的兩維位置敏感的檢測器(34)，和b)成象裝置(33)，其在所說檢測器上形成包含所說區域的所說圖形的交叉象。
11.如權利要求10所述的掃描裝置，其中所說的光學投影器(5)包括把光射線投影到所說區域的裝置(29，30)，所說的裝置(29，30)沿第一軸線與所說檢測器(6)彼此分離，所說的光射線實際上垂直于所說第一軸線。
12.如權利要求10所述的掃描裝置，其中所說的光學投影器(5)包括用于把光射線的兩維圖形投影到所說區域上的裝置。
13.如權利要求10-12中任一項所述的掃描裝置，其中所說的光檢測器(6)包括對所說掃描器件(10)給出的光學圖形進行掃描的掃描器(40)。
14.如權利要求10-13中任一頂所述的掃描裝置，其中所說的光學投影器(5)包括掃描裝置(300)，掃描裝置(300)至少在相對于所說掃描器件(10)的一個方向上通過掃描光束產生所說的光學圖形。
15.如權利要求10-14中任一項所述的掃描裝置，其中所說的檢測器(34)相對于所說成象裝置(33)的光軸是傾斜的。
16.如上述任一權利要求所述的掃描裝置，其中所說的光學檢測器(6)對所說物體(1)的表面顏色敏感，而且所說的輸出數據包括表示所說顏色的數據。
17.如上述任一權利要求所述的掃描裝置，該裝置與顯示裝置相連，以便顯示由組合的輸出數據確定的表面。
18.如上述任一權利要求所述的掃描裝置，該裝置與手動輸入器件相連，以便有選擇地控制物體(1)不同掃描表面部分的組合。
19.如上述任一權利要求所述的掃描裝置，其中所說的組合器(47)包括以標準文件格式輸出所說物體坐標數據的已編程微處理器(46)。
20.如上述任一權利要求所述的掃描裝置，其中所說的掃描器件(10)包括用于阻止采集或處理所說輸出數據的手動操作開關(T)。
21.如權利要求3-9中任一項所述的掃描裝置，其中為掃描器件(10)設置了固定對接站(100)，所說慣性檢測裝置根據所說掃描器件在對接站上的對接狀態重新設置所說的修正器(23，47，50，51)。
22.利用掃描器件(10)測定物體(1)的形狀或其它三維表面特性的方法，其中所說掃描器件可相對于物體自由移動，所說方法包括以下步驟i)把預定光學圖形從掃描器件投影到物體的表面區域上，ii)用裝在所說掃描器件上的光字檢測器(6)光學地檢測所說區域的坐標或其它表面特性，iii)得出表示所說區域的所說坐標和其它表面特性的一組輸出數據，iv)以重疊的方式對整個物體上的所說光學圖形進行反復掃描并從重疊掃描中得出其它各組輸出數據，和v)通過用慣性檢測器(50，51)檢測所說掃描器件相對于所說物體的運動，或是通過測定把與和各組數據共有的所說表面區有關的各組輸出數據的子集合相疊加所需的轉動和/或平移來修正所說掃描器件在各順序掃描之間相對于所說物體運動的各組輸出數據。
23.如權利要求22所述的方法，其中所說的掃描器件(10)是手持的。
24.如權利要求22或23所述的方法，其中在連續采集各組數據之間測定轉動和/或平移。
25.如權利要求22-24中任一項所述的方法，其中對所說重疊掃描的預定區域進行處理以確定重疊區。
26.如權利要求25所述的方法，其中根據表示光學圖形在物體(1)的整個表面上移動的速度和/或方向的數據來確定所說的預定區域。
27.如權利要求22-26中任一項所述的方法，其中用迭代計算法來確定所說的轉動和/或平移。
28.如權利要求22-27中任一項所述的方法，其中在不同的轉動和平移條件下產生掃描表面區(S1)的法線(N)，并測定沿法線與其它表面區(S2)相交的距離。
29.如權利要求22-27中任一項所述的方法，其中對各次掃描的表面特性組進行識別和比較以確定所說的轉動和/或平移。
30.如權利要求20-29中任一項所述的方法，其中通過掃描已知形狀的物體對所說的掃描器件進行校正。
全文摘要
一種掃描裝置，其包括把兩維光學圖形投影到掃描物體表面(35)上的器件(40)和一個兩維光電檢測器(34’)，該掃描裝置被裝到手持掃描器件中，該掃描裝置輸出物體重疊表面區的三維坐標數據文件。通過計算機中的適當轉動和平移，可以將由這些掃描文件確定的表面部分記錄下來，所述的轉動和平移是根據陀螺儀(51)和加速度計(50)的輸出確定的，或是通過表面部分的數學處理例如共同特征的檢測和定位來確定。
文檔編號G01C3/08GK1163661SQ95194680
公開日1997年10月29日 申請日期1995年8月22日 優先權日1994年8月24日
發明者C·P·弗洛克哈特, G·R·J·福勒 申請人:特里科達技術公開有限公司