專利名稱：用于測量物體的空間范圍的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測量物體，即測量任意三維體的空間范圍的方法及裝置。在此以測量車輛的寬度及最大高度以便能夠在停車場中以節(jié)約空間的方式自動(dòng)地停放該車輛為例，來舉例說明本發(fā)明。對(duì)此，參考?xì)W洲專利EP 1802 830 Al，在該專利中提出一種自動(dòng)停車設(shè)備。提出，舉例而言，通過使用掃描儀來測量待停放的車輛，以檢測可以借助相關(guān)機(jī)器人在停車場停放車輛的現(xiàn)有車隙。然而，此處并沒有揭示用于高效、迅速及可靠的測量的方法?，F(xiàn)在所提出的用于對(duì)物體進(jìn)行這種測量的方法及裝置不僅適用于車輛，而且更一般而言適合于任何三維體，無論這些物體是什么性質(zhì)；由此一般而言可確定其空間擴(kuò)展，即其長度、覽度或聞度。
背景技術(shù)：

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于在一個(gè)方向上測量物體的空間范圍的方法及裝置。所涉及的是該物體在特定點(diǎn)的寬度、長度或高度，或在任何點(diǎn)處的寬度、長度或高度，所以在確定寬度或長度的情況中，可在物體的支撐表面上確定物體的假想投射陰影(castshadow)的外側(cè)曲線(lateral curve line)。如果確定了某一量,那么可根據(jù)垂直側(cè)壁來測量物體的假想陰影。物體應(yīng)為靜止的或移動(dòng)的物體。方法應(yīng)盡可能快且安全地實(shí)現(xiàn)并提供所需的度量，即，系統(tǒng)應(yīng)能夠以I毫米的精確度檢測，舉例而言，約5 m長、2 m寬且高度達(dá)2 m的車輛的沿其整個(gè)長度的寬度。使用可選的已知方法，可以測定更多度量，如物體的長度及高度。該目的通過獨(dú)立權(quán)利要求I中所主張的方法達(dá)成。問題通過增加權(quán)利要求7中所界定的裝置解決。圖I至圖4顯示構(gòu)成本發(fā)明的基礎(chǔ)的問題，并且本發(fā)明借助于圖5和圖6而提出，旨在解決該問題。根據(jù)這些圖來解釋其各組件(如舉例而言其結(jié)構(gòu))并描述和揭示各組件的各種功能及其相互作用。此外，還根據(jù)圖5的該裝置解釋如何實(shí)施程序。


圖I :以側(cè)視圖、正視圖、后視圖以及俯視圖顯示待測量的作為物體的車輛的實(shí)例；
圖2 :車輛在環(huán)形盤上的空間優(yōu)化停車的俯視圖，利用了車體邊角處為圓形的優(yōu)勢；
圖3 :車輛在環(huán)形盤上的空間優(yōu)化停車的俯視圖，利用了車體邊角處為圓形的優(yōu)勢；
圖4 :車輛在環(huán)形盤上的空間優(yōu)化停車，沒有利用車體邊角處為圓形的優(yōu)勢；
圖5 :以透視圖顯示用于對(duì)車輛形式的物體進(jìn)行無接觸、快速且精確測量的裝置；
圖6 :用于對(duì)物體進(jìn)行無接觸、快速且精確測量的裝置的正視圖，該裝置由兩個(gè)分開的激光器和相機(jī)組成。
具體實(shí)施例方式圖I顯示作為待測量的物體的實(shí)例的車輛的輪廓。重要的是應(yīng)注意，車輛可配有車頂行李架(roof rack)并且于是實(shí)質(zhì)上更高。此外，車輛可配有可伸縮天線或者車輛包含可以伸縮但不處于內(nèi)縮位置的天線，這是當(dāng)打算將車輛停放在低的場所里以節(jié)省在高度上的空間時(shí)需要考慮的事項(xiàng)。當(dāng)俯視車輛時(shí)， 令人吃驚的是車體的邊角是圓形的。在個(gè)別型號(hào)上，這種圓形可能甚至更加明顯，并且重要的是要很好地利用這種圓形，如果車輛是以星形方式彼此靠近地停放在環(huán)形平臺(tái)上的話。另外，必須考慮到外部的后視鏡的外形輪廓(outline contour)。這些鏡子在車體的側(cè)面上伸出，當(dāng)必須將汽車一個(gè)挨一個(gè)地側(cè)向停放且必須縱向地移動(dòng)以便相互靠近時(shí)必須將這些鏡子考慮在內(nèi)。圖2顯示車輛在環(huán)形盤上的空間優(yōu)化停放，由此利用了車體在邊角處的圓形一當(dāng)俯視時(shí)。車輛A可由中央機(jī)器人移動(dòng)，緊挨著早已停放在環(huán)形盤上的車輛，此處不對(duì)中央機(jī)器人予以闡述。各輪廓的幾何布局顯示，車輛A可沿車輛B的以虛線繪示的外側(cè)邊界線在車輛B附近移動(dòng)。如果車輛B的車輛前部的圓形邊將不考慮在內(nèi)，而是僅僅將車輛B視為具有最大車輛長度和最大車輛寬度的矩形，那么車輛A可能不能停放得如此靠近車輛B。俯視時(shí)車體所顯示的橢圓形輪廓越明顯，那么可在環(huán)形盤上實(shí)現(xiàn)越大的空間節(jié)省。圖3和圖4顯示這一驚人的差異。在圖3中，車輛以最佳的空間節(jié)省方式停放，將車輛的外形輪廓考慮在內(nèi)，如上所述。于是，對(duì)于一個(gè)停車位(parking lot)，平均便可僅僅需要15 m2。因此，可以在外徑僅為8. 7 m的環(huán)形盤上一個(gè)挨一個(gè)地停放最大長度為5. 3m的車輛。在該環(huán)形盤上可以排放16輛最大長度為5. 3 m的車輛。用于16輛車輛的地面表面為16輛汽車r 8. 7 m)2 X = 237 m2，一輛汽車需要約15 m2的表面。與該布置相比，圖4顯示如果不是最佳地使用最大長度為5. 3 m的車輛的輪廓，而是僅僅將每輛車作為由車輛的長度及寬度界定的矩形處理，空間要求如何變化。于是，16輛車輛可停放在外徑為11.2 m的環(huán)形盤上。在所示的圖示中，必須要注意到半圓割線(half-cicle cut)穿過所示車輛的中心這一事實(shí)。因此，可以看到共有9個(gè)平臺(tái)，并且為了補(bǔ)足整個(gè)圓形盤，另外增加7個(gè)未在此顯示的平臺(tái)，使得共有16個(gè)平臺(tái)。單個(gè)車輛需要24 m2的表面。這表明與圖3的解決方案相比表面增大66% !這些令人吃驚的數(shù)字表明毫米停車的重要性，由此必須最佳地使用頂視外形。如果停車區(qū)域不是圓形盤，而是方形，那么在該方形的邊角區(qū)域可停放更長的汽車。因此，車輛長度是另一必須考慮的度量，以將車輛停放在包含用于中央舉升泊車機(jī)(car park lift)的中央環(huán)形孔的給定方形停車處?，F(xiàn)在，車輛尺寸及形狀在長度、寬度及高度上均極為不同。然而，如果想以所示的方式最佳地停放車輛并節(jié)省空間，那么每一車輛必須單獨(dú)并準(zhǔn)確地測量，以便計(jì)算機(jī)能精確地知道必需的空間，隨后可借助于機(jī)器人系統(tǒng)停放車輛并節(jié)省盡可能多的空間。已顯示，該測量足以知道車輛的輪廓，亦即，當(dāng)光束以矩形形式照在底板上時(shí)車輛在底板上的陰影，并且知道車輛的最大高度也很重要。側(cè)向輪廓以及從正面及后面看到的輪廓可以忽略。本文所提出的方法使得能夠安全且迅速地確定此類數(shù)據(jù)，尤其是對(duì)于移動(dòng)的車輛，在該車輛通過測量裝置時(shí)。重要的是快速地實(shí)現(xiàn)測量，以便不會(huì)損失不必要的時(shí)間，從而避免自動(dòng)停車場前出現(xiàn)的交通堵塞。舉例而言，顧客到達(dá)時(shí)，如果他必須在車中等待幾秒鐘，直到車最終被測量并且該車輛才可隨后被轉(zhuǎn)移到停車場，這將很糟糕。通過本發(fā)明的方法，顧客可直接驅(qū)車至機(jī)器人的前面，并且在此移動(dòng)期間，該車輛被完全地測量。顧客可在停車后立即下車并離開車輛，從而機(jī)器人可立即將該車輛取走。該方法是基于測量放置待測量物體的支撐表面上的激光線(laser light line)。激光線在用于車輛的底板上使用，該線來自位于車輛正上方上的激光器，被以矩形形式引導(dǎo)至該表面上，隨后在那里反射并被相機(jī)檢測到。相機(jī)僅能拍攝到不會(huì)照射到車輛上的激光線并檢測底板上未包括在車輛的場地輪廓(field contour)中的所有地方，例如底板上位于車輛的陰影之外的所有地方。該方法的該特殊特點(diǎn)，即原則上在接觸表面上僅檢測到激光線中不會(huì)照射在物體上的補(bǔ)余部分(complementary parts),使得不需要用垂直向下照射且隨后照射在支撐表面上的激光來照射物體的整個(gè)寬度，而是，該“光幕簾(lightcurtain)”僅必須與物體的所有側(cè)邊重疊或照射物體的所有側(cè)邊。此外,不能對(duì)接收反射表面上的激光線的相機(jī)的整個(gè)圖像進(jìn)行評(píng)價(jià)，而是應(yīng)當(dāng)評(píng)價(jià)圖像中激光線落在地面上的狹窄區(qū)域。這會(huì)節(jié)省許多計(jì)算功率并加速評(píng)價(jià)。自然，必須確保待測量的物體不會(huì)落入測量系統(tǒng)之間的盲區(qū)(blind arera)。如果對(duì)車輛進(jìn)行測量,這意味著車輛不能過窄而在這些光幕簾中的一個(gè)光幕簾的外側(cè)通過。圖5中顯示一種用于實(shí)現(xiàn)該方法的裝置，并且在下文借助該圖對(duì)該方法進(jìn)行詳細(xì)說明和解釋。整個(gè)裝置具有測量軌道(measuring track)17，一個(gè)待測量的物體I可沿測量軌道17移動(dòng)。在所示實(shí)例中，該物體I是車輛，可自己在測量軌道17中移動(dòng)的車輛。代替自移式物體1，可通過沿測量軌道17拉動(dòng)、推動(dòng)或滾動(dòng)任何其他物體來測量所述物體。該移動(dòng)能夠以滑動(dòng)或滑翔(hovering)方式在車輪上、導(dǎo)軌(rail)上或測量軌道17上進(jìn)行。測量是為了確定物體I的尺寸，以便能夠以節(jié)省空間的方式將該物體停放在任何地方。為此，必須確定物體的最大長度、最大寬度、最大高度以及陰影的輪廓。舉例而言，如果必須以所示的最節(jié)省空間的方式停放車輛，必須可以考慮到在車體側(cè)面伸出的鏡子。如果不將這些鏡子考慮在內(nèi)，而是僅僅考慮裸車體，那么當(dāng)通過用機(jī)器人自動(dòng)排列車輛來停放車輛時(shí)將會(huì)損壞這些鏡子。另外，應(yīng)注意到，車輛并不具有完全矩形的底板平面，而是該平面具有圓形邊角，且具體而言，車輛的前部通常制造成略微呈箭頭形狀。在測量軌道17的上方，布置具有兩個(gè)遠(yuǎn)心透鏡(telecentric lens)或具有菲涅耳透鏡(Fesnel lens) 3的激光器2。作為變化形式，可使用拋物面鏡來代替透鏡。遠(yuǎn)心透鏡通常由兩個(gè)會(huì)聚透鏡組成，兩個(gè)會(huì)聚透鏡之間有小針孔，而菲涅耳透鏡是其彎曲度被沿著縱向延伸分成幾個(gè)小段并表示在基板上的經(jīng)典透鏡(或發(fā)散透鏡)。該基板可為玻璃或樹脂玻璃(Plexiglas)。表示的精確度由細(xì)分的精細(xì)度(例如每毫米有I至10個(gè)凹槽)決定。這里是準(zhǔn)遠(yuǎn)心成像，這通過將普通的相機(jī)以及上游物鏡與大的菲涅耳透鏡整合成一體而實(shí)現(xiàn)。激光器與透鏡一起使用來產(chǎn)生激光束“幕簾”4，橫向于測量軌道17延伸，該幕簾垂直地、相應(yīng)地正交地落在底板上。菲涅耳透鏡為批量生產(chǎn)產(chǎn)品，相應(yīng)地所實(shí)現(xiàn)的這類激光束幕簾很便宜。該光束幕簾4的激光束或者是落在車輛I上，或者是從該車輛的外側(cè)落在底板上，即，落在測量軌道17上，并且它們通常產(chǎn)生激光線5。車輛整個(gè)地駛過該光束幕簾4或相應(yīng)地激光束。代替車輛，可在支撐表面上用正交于該支撐表面延伸的激光幕簾來照射任何三維物體，即使該支撐表面并不水平地延伸而是傾斜的平面，或者通過任何力將該物體維持在天花板或垂直壁上。要實(shí)現(xiàn)該方、法，重要的僅僅是光幕簾與物體的側(cè)邊區(qū)域重疊，而不必照射物體的中間區(qū)域，這是因?yàn)閮H激光中不落在物體上的補(bǔ)余部分才是緊要的。隨后用相機(jī)檢測接觸表面上的激光線。在所示實(shí)例中，檢測底板上的激光線5。為了使相機(jī)6僅檢測底板上的(例如測量軌道17上的)激光線5，并且車輛自身上的激光線不考慮在內(nèi)，將相機(jī)在測量軌道17的縱向方向上自產(chǎn)生正交激光幕簾的激光器2略微地偏移。相機(jī)6拍照時(shí)是通過其自己的遠(yuǎn)心透鏡或菲涅耳透鏡7，僅聚焦在底板上的激光線5上，并且僅在此一個(gè)上。可使用拋物面鏡來代替透鏡，這樣相機(jī)6便可經(jīng)過拋物面鏡來拍攝激光線5。在任何情況下，相機(jī)均能夠檢測自激光5照到相機(jī)的透鏡7或照到拋物面鏡上的所有光束，但相機(jī)檢測不到任何其他光束。該光束幕簾表示為以幾度(例如，約5° )的角度傾斜，或者根據(jù)環(huán)境，或多或少地向垂直方向傾斜。該相機(jī)6相對(duì)于激光器2偏置，可使得落在車輛上的激光線在車輛上在高出底板的某一高度處反射。在該高度處，然而，相機(jī)的透鏡7或拋物面鏡的光束被引導(dǎo)至該激光線的一旁，并不檢測該線。相機(jī)的“分割界面(view split)” 8在車輛I的前車蓋上指示出。它相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)罩上的反射激光線5向前偏移。因此，相機(jī)看不到前車蓋上的激光線。這種激光幕簾的光束到達(dá)任何待測量的物體時(shí)，相對(duì)于正交激光幕簾略微偏置的相機(jī)檢測不到這些光束，并且該相機(jī)與入射激光線呈銳角而進(jìn)行拍照。相機(jī)僅聚焦在物體旁邊照射物體支撐表面的激光線。該方法可用在靜止物體上來確定在某一地點(diǎn)的寬度、長度或高度，或者該測量裝置(即對(duì)于激光器、透鏡及相關(guān)相機(jī))可在待測量的物體上沿長度方向移動(dòng)，或者物體可通過測量裝置。視情況使用的相機(jī)幕簾與激光幕簾之間的有效角度由相應(yīng)的任務(wù)給出。該角度越小，則越難以測定圖像中的變化。在極端情況下，兩個(gè)光幕簾位于同一平面中，這將使得無法識(shí)別物體，這是因?yàn)槊恳还饩环瓷?取決于表面紋理)并且因此檢測不到圖像中的變化。所選擇的角度越大，則可以越好地檢測扁平物體。然而，這具有缺陷，舉例而言，后視鏡正好位于激光幕簾之后，但這恰好是相機(jī)幕簾所在。相機(jī)將不再看到激光線，并且由此確定寬度改變，盡管激光束(仍) 未中斷。5度的角度自測量單元內(nèi)的幾何邊界條件計(jì)算得出。該結(jié)果是激光器與相機(jī)之間有約5厘米的有效距離，這可通過構(gòu)造而實(shí)現(xiàn)。這也意味著，因?yàn)檫@一非常小的銳角，無法檢測到高度低于約5-8 cm的物體，這是因?yàn)榉瓷涞募す饩€在相機(jī)圖像上的偏轉(zhuǎn)于是僅表示幾個(gè)像素，例如1-3個(gè)像素。根據(jù)車輛必須具有高出底板8 cm的高度以利用機(jī)器人來自動(dòng)停車的要求，以及根據(jù)有時(shí)可在支持表面上發(fā)現(xiàn)灰塵、泥漿或雪的事實(shí)，這幾個(gè)厘米被視作安全裕度。相機(jī)的檢測數(shù)據(jù)如圖5的實(shí)例中所示是通過微處理器隨時(shí)間檢測的并且因此在底板上界定以線性方式隨時(shí)間變化的激光線。為了從所檢測的數(shù)據(jù)計(jì)算出有效的物體-外形輪廓，必須要知道物體的時(shí)變速度(time-dependent velocity)。在所示的車輛實(shí)例中，速度必須在車輛通過光束幕簾時(shí)測量。在通過時(shí)車輛有可能減速或加速，或甚至完全停止，或甚至略微向后滾動(dòng)。所有這些必須要考慮到。為此，該裝置進(jìn)一步包括其他適宜的構(gòu)件來精確地測量該隨時(shí)間變化的速度并創(chuàng)建距離時(shí)間關(guān)系曲線。這里提出它的適用于汽車的變化形式。事實(shí)上結(jié)果是汽車的車圈15可更好地反射光，這是因?yàn)檩喬ピ谲嚾?5上隆起并由于其顏色暗而幾乎完全將光吸收。因此，兩個(gè)相機(jī)14以大約輪胎中心的水平靠近測量軌道17在外側(cè)安裝，水平距離大約為2 m至3 m。同時(shí)，以類似的高度沿測量軌道17安裝光條(light bar) 16，光條16較佳將藍(lán)光照在汽車側(cè)面上。相機(jī)14隨時(shí)間檢測并存儲(chǔ)所反射的光。利用圖片處理軟件，可以準(zhǔn)確地計(jì)算用相機(jī)拍攝的圖片中所檢測的圓且亮的斑點(diǎn)的中心；這些中心對(duì)應(yīng)于車圈15。因此，可以界定車輛隨時(shí)間變化的速度，這是因?yàn)橄鄼C(jī)也測量時(shí)間，即，用記錄的時(shí)間對(duì)圖像進(jìn)行校準(zhǔn)。兩臺(tái)相機(jī)14的位置是已知的，因此可以根據(jù)三角法來確定兩個(gè)車圈15隨時(shí)間變化的位置。利用相機(jī)所檢測的激光線的根據(jù)時(shí)間校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，在檢測車輛的輪廓時(shí)幾乎能夠精確到毫米。人們認(rèn)為，這一精確度總是受基礎(chǔ)技術(shù)的限制。具有極高的分辨率以及每毫米有10個(gè)部分的菲涅耳透鏡的相機(jī)能夠達(dá)到小于I _的精確度。如果使用實(shí)物側(cè)遠(yuǎn)心透鏡來代替菲涅耳透鏡，那么可以達(dá)到高達(dá)50微米的精確度。對(duì)于使用每毫米8個(gè)凹槽的分割(cut)以及在寬度方向上有1000個(gè)像素的相機(jī)來測量汽車，目前是使用菲涅耳透鏡。因此，在I m的寬度上可以實(shí)現(xiàn)約I mm的精確度?，F(xiàn)在仍缺少的是車輛的高度。可使用相同的技術(shù)來檢測高度。對(duì)于此處所概述的 目的，不必確定車輛輪廓的外側(cè)可見側(cè)。這足以測量車輛的最大高度，這時(shí)車輛的最大高度是由車輛自身、任何構(gòu)造或荷載(charge)、通過天線或攜帶在敞篷、或滑雪板或自行車上的任何其他通常向上突出的東西(像釣魚竿)確定，敞篷、或滑雪板或自行車安裝在車輛的后部，向上伸出并隨車攜帶。為此，布置在激光幕簾4外側(cè)的四個(gè)現(xiàn)有光源9用于形成一系列水平的離散的疊加光束，這些光束在激光束幕簾4的相對(duì)側(cè)上平行于激光幕簾的平面延伸，由此所述水平光束被扭轉(zhuǎn)90度。以這種方式,它們形成光障壁(light barrier) 10。此外,存在一系列類似的疊置光傳感器11，用以檢測照射在測量軌道17的相對(duì)側(cè)上的水平光束，并且存在計(jì)算機(jī)單元，用以確定光障壁10的相應(yīng)的最低的未受干擾光束13。這足以用可靠的方式來確定物體或車輛I (當(dāng)該車輛穿過測量軌道17時(shí))的最大高度。如果停車場僅具有三種不同高度的停車位(parking deck)，舉例而言，那么三個(gè)障壁便足夠了，即一個(gè)光障壁用于最低的停車位高度，一個(gè)用于平均高度，一個(gè)用于最大的停車位高度。如果當(dāng)汽車駛?cè)胪＼噲鰰r(shí)沒有中斷任何光障壁，那么汽車適合最低的停車位，而如果所有的光障壁均被中斷，那么該車一定要拒收，因?yàn)樗鼘?duì)于最高的停車位來說也過高。當(dāng)設(shè)計(jì)用于測量汽車時(shí)，測量軌道17則測量至少2. 20 m的寬度并提出至少5. 50m的長度以及最小的凈高，直到遠(yuǎn)心透鏡在路面以上的最低位置為至少2. 20 m。如果在具有帶邊角的平面圖的停車場中的邊角區(qū)域中有用于停放極長車輛的地方，那么測量導(dǎo)軌17必須適當(dāng)?shù)刈銐蜷L，舉例而言長達(dá)8. 00 m。對(duì)于使用該方法而言，重要的是所使用的激光器2不會(huì)對(duì)占位者(occupant)的健康帶來任何危險(xiǎn)。即使這些占位者直接長時(shí)間地注視激光幕簾，他們的眼睛也會(huì)免遭任何損害。有合適的安全標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算最大可允許激光功率。對(duì)于面積為I mm2的單個(gè)光點(diǎn)，所允許的最大光功率為I mW。由于總面積為2 m ’ I mm,所以結(jié)果總光功率為2 W。用于使用該裝置對(duì)物體I (例如三維體)進(jìn)行無接觸、快速并精確測量的方法于是如下所述首先借助于遠(yuǎn)心透鏡、菲涅耳透鏡3或拋物面鏡將激光2轉(zhuǎn)變成正交于支撐表面延伸的光束幕簾4。該幕簾比待測量的物體I的最寬的部分要寬，并且用光學(xué)相機(jī)6在物體的兩側(cè)檢測入射激光線5。在該檢測期間，物體I保持靜止或者該物體I以已知的速度穿過光束幕簾。相反地，整個(gè)測量裝置也可在靜止的物體上方縱向地移動(dòng)。相機(jī)6在幕簾光束4外布置在相對(duì)于激光器2靜止的位置上并通過遠(yuǎn)心透鏡、菲涅耳透鏡7或經(jīng)由拋物面鏡進(jìn)行拍照。由此可檢測相互平行地延伸并與激光線5呈銳角的光束。由此所獲得的數(shù)據(jù)使得能夠計(jì)算物體I的底部輪廓。這樣來確定物體或車輛的高度許多光源9發(fā)送一系列以離散方式水平地相互疊加布置的光束，以實(shí)現(xiàn)平行于激光束幕簾的平面但在激光束幕簾4的相對(duì)側(cè)上正交于該的幕簾的激光束的光障壁10，并且在那里用相同系列的相互疊加地布置的光傳感器11檢測光障壁10的光束。當(dāng)物體I完全通過在開始時(shí)未受干擾的光束幕簾4時(shí)便實(shí)現(xiàn)了物體I的距離時(shí)間關(guān)系曲線。將通過計(jì)算機(jī)分析所記錄的數(shù)據(jù)。僅對(duì)所反射的激光線5的那些在檢測時(shí)所經(jīng)過的位置與物體通過光束幕簾之前相同的部分相對(duì)于其在平面上的記錄時(shí)間進(jìn)行繪制。此外，根據(jù)物體I已完成的距離來確定光障壁10的最低的未受干擾的光束13。由此獲得的物體I的底部輪廓對(duì)應(yīng)于物體I在其支撐表面上的垂直陰影，并且由光障壁10的未受干擾的光束13所確定的物體的最大高度用于測量在具有高度限制的支撐平面上的所需位置。舉例而言，這樣來確定物體的距離時(shí)間關(guān)系曲線借助于光源16照射在物體I的 側(cè)面上兩個(gè)自然存在的或必須插入的光反射區(qū)域15，并且借助于兩個(gè)水平地偏置的光學(xué)相機(jī)14以疊加的方式檢測所反射的光。用計(jì)算確定所捕獲的光反射區(qū)域15的中心。之后，用三角測量法來計(jì)算各中心的位置，其中將中心的移動(dòng)所經(jīng)過時(shí)間考慮在內(nèi)，并且用這些數(shù)據(jù)來確定距離時(shí)間關(guān)系曲線。圖6顯示適合于特別寬的物體的應(yīng)用。為此，使用兩個(gè)激光器2、2’和兩個(gè)相機(jī)6、6’。于是，對(duì)于物體的每一側(cè)均提供專用的激光幕簾4、4’，激光幕簾4、4’與物體的側(cè)邊重疊。兩個(gè)激光幕簾4、4’之間的區(qū)域無關(guān)緊要，這是因?yàn)閮H檢測照射支撐表面的激光線5，例如物體上的補(bǔ)余部分，例如自物體外側(cè)的支撐表面反射的光。所示的測量方法特別穩(wěn)定，這是因?yàn)樵摲椒ú皇芪矬w的影響，例如檢測在支撐表面上反射的光。它特別適合于寬度、長度或高度超過20 cm的物體。該方法允許物體(例如寬度、長度或高度)在特定位置處或在某一時(shí)間上的延伸。物體可以是靜止的，或可以移動(dòng)或被移動(dòng)。對(duì)于靜止的物體，整個(gè)測量裝置可沿物體移動(dòng)。該方法的精確度基本上取決于所用相機(jī)的分辨率。對(duì)于每米1000個(gè)像素的分辨率，可獲得I mm的分辨率并且由此獲得相應(yīng)的測量精確度。在為小物體的情況下，使用遠(yuǎn)心透鏡，但出于成本和實(shí)際的原因，對(duì)于超過20 cm的空間范圍使用菲涅耳透鏡。在遠(yuǎn)心或準(zhǔn)運(yùn)心圖像中，景深(depth of sharpness)范圍很有限。對(duì)于所簡要說明的測量車輛的情況，該景深范圍為幾厘米。但是由于僅僅在接觸表面上的激光圖像具有意義，所以僅需要聚焦在支撐表面上。這可增加總的穩(wěn)定性，這是因?yàn)槟：膱D像只能以有限的方式用于測量。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)例如三維體等物體(I)的空間范圍進(jìn)行無接觸、快速且精確測量的方法，其中借助于相關(guān)的遠(yuǎn)心透鏡/菲涅耳透鏡(Fresnel lens) (3)或拋物面鏡將至少一激光(2)轉(zhuǎn)變成各自正交于所述物體(I)的支撐表面的光束幕簾(4)，使得所反射的激光線(5)照射到所述待測量的物體(I)的兩側(cè)上，部分地照射到所述物體上且部分地照射到所述支撐表面上，由此用至少一光學(xué)相機(jī)(6)以及遠(yuǎn)心透鏡/菲涅耳透鏡(7)或拋物面鏡來檢測照射所述支撐表面的每一激光線(5 )，所述至少一光學(xué)相機(jī)(6 )布置在所述光束幕簾(4 )外相對(duì)于所述相關(guān)的激光器(2)靜止的位置，所述遠(yuǎn)心透鏡/菲涅耳透鏡(7)或拋物面鏡可檢測來自所述激光線(5 )的光束，所述光束相互平行并與所述光束幕簾(4 )呈銳角。
2.如權(quán)利要求I中所述的用于對(duì)物體(I)的空間范圍進(jìn)行無接觸、快速且精確測量的方法，其中兩個(gè)激光(2)各自借助于相關(guān)的遠(yuǎn)心透鏡/菲涅耳透鏡(3)或通過拋物面鏡轉(zhuǎn)變成正交于所述物體(I)的支撐表面的光束幕簾(4)，由此在所述待測量的物體(I)的兩側(cè)上均獲得反射的激光線(5)，部分地照射到所述物體上且部分地照射到所述支撐表面上，由此通過相關(guān)的光學(xué)相機(jī)(6)檢測照射所述支撐表面的所述激光線(5)中的每一激光線，所述光學(xué)相機(jī)(6)布置在所述光束幕簾(4)外相對(duì)于所述相應(yīng)的激光器(2)而言固定的位置中并通過遠(yuǎn)心透鏡/菲涅耳透鏡(7)檢測來自所述激光線(5)的平行連續(xù)光束，所述光束與所述光束幕簾(4)呈銳角。
3.如權(quán)利要求I中所述的用于對(duì)物體(I)的空間范圍進(jìn)行無接觸、快速且精確測量的方法，其中采用相關(guān)的遠(yuǎn)心透鏡/菲涅耳透鏡(3)或拋物面鏡將單個(gè)激光(2)轉(zhuǎn)變成正交于所述物體(I)的支撐表面的光束幕簾(4)，使得所反射的激光線(5)部分地在所述物體上反射，并且也部分地在所述待測量的物體(I)的寬度上在所述支撐表面上反射，由此由光學(xué)相機(jī)(6)通過遠(yuǎn)心透鏡/菲涅耳透鏡(7)或拋物面鏡檢測入射在所述表面上的所述激光線(5)中的每一激光線，所述相機(jī)(6)布置在所述激光幕簾(4)外相對(duì)于所述激光器(2)而言固定的位置上并檢測所述激光線(5)的相互平行的光束，所述光束與所述光束幕簾(4)呈銳角。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)中所述的用于對(duì)物體(I)的空間范圍進(jìn)行無接觸、快速且精確測量的方法，其中為進(jìn)一步確定在所述激光束幕簾(4)外側(cè)的所述支撐表面上的所述物體的高度，許多光源(9)發(fā)送一系列以離散方式水平地相互疊加布置的光束，以實(shí)現(xiàn)光障壁(10)，所述光障壁(10)平行于所述激光束幕簾的平面但在所述激光束幕簾(4)的相對(duì)側(cè)上正交于所述幕簾的激光束，并且在那里用相等系列的光傳感器(11)檢測所述光障壁(10)的光束。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)中所述的用于對(duì)物體(I)的空間范圍進(jìn)行無接觸、快速且精確測量的方法，其中為了進(jìn)一步確定所述物體的底部輪廓，在某一方向上使所述物體(I)完全駛過所述光束幕簾(4)，并由此記錄所述物體(I)的距離時(shí)間關(guān)系曲線，并且隨后借助于計(jì)算機(jī)對(duì)所記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其中僅對(duì)所反射的激光線(5)的那些在檢測時(shí)所經(jīng)過的位置與所述物體通過所述光束幕簾之前相同的部分相對(duì)于其在平面上檢測的時(shí)間進(jìn)行繪制，并且對(duì)所述光障壁的最低的未受干擾的光束(13)進(jìn)行界定，以確定最大物體高度。
6.如權(quán)利要求4中所述的用于對(duì)物體(I)的空間范圍進(jìn)行無接觸、快速且精確測量的方法，其中如下所述來記錄所述物體(I)的距離時(shí)間關(guān)系曲線借助于光源(16)照射所述物體(I)的側(cè)面上的兩個(gè)自然存在的光反射區(qū)域或待放置的光反射區(qū)域(15)，并且借助于兩個(gè)水平地偏置的光學(xué)相機(jī)(14)以疊加的方式檢測所反射的光，然后通過計(jì)算確定所述所記錄的光反射區(qū)域(15)的中心，并且之后通過對(duì)所述中心的三角測量法來計(jì)算其位置，其中將所經(jīng)過時(shí)間考慮在內(nèi)，并且創(chuàng)建距離時(shí)間關(guān)系曲線。
7.一種用于對(duì)表示三維體的物體(I)的空間范圍進(jìn)行無接觸、快速且精確測量的裝置，由用于所述物體(I)的支撐表面、激光器(2 )組成，所述激光器(2 )具有遠(yuǎn)心透鏡/菲涅耳透鏡(3)或具有拋物面鏡，用以產(chǎn)生光束幕簾(4)，所述光束幕簾(4)正交于所述支撐表面延伸，并且進(jìn)一步包含相機(jī)(6)，所述相機(jī)(6)相對(duì)于所述激光器而言偏置并配有前置式(forward-spaced)遠(yuǎn)心透鏡/菲涅耳透鏡(7)或拋物面鏡，以便檢測照射在其上的與所述光束幕簾(4)呈銳角的所述激光線(5)的所有未受干擾的反射光點(diǎn)。
8.如權(quán)利要求7中所述的用于對(duì)表示三維體的物體(I)的空間范圍進(jìn)行無接觸、快速且精確測量的裝置，由用于所述物體(I)的呈測量軌道(17)形式的支撐表面、激光器(2)以及相機(jī)(6)組成，所述激光器(2)具有遠(yuǎn)心透鏡/菲涅耳透鏡(3)或拋物面鏡，以產(chǎn)生正交 于所述支撐表面延伸的光束幕簾(4)，所述相機(jī)(6)相對(duì)于所述激光器偏置并配有前置式遠(yuǎn)心透鏡/菲涅耳透鏡(7)或拋物面鏡，以便檢測照射在其上的與所述光束幕簾(4)呈銳角的所述激光線(5)的所有光點(diǎn)，以及包含用于檢測并記錄所述物體(I)在測量軌道(17)上移動(dòng)通過所述光束幕簾(4)的速度的構(gòu)件。
9.如權(quán)利要求7中所述的用于對(duì)表示三維體的物體(I)的空間范圍進(jìn)行無接觸、快速且精確測量的裝置，包含用于所述物體(I)的呈測量軌道(17)形式的支撐表面、可沿所述測量軌道(17 )移動(dòng)的激光器(2 )，所述激光器(2 )具有遠(yuǎn)心透鏡/菲涅耳透鏡(3 )或拋物面鏡，以產(chǎn)生正交于所述支撐表面延伸的光束幕簾(4)，并且也包含相機(jī)(6)，所述相機(jī)(6)相對(duì)于所述激光器偏置并且所述相機(jī)(6)可與所述激光器一起移動(dòng)，所述相機(jī)(6)具有前置式遠(yuǎn)心透鏡/菲涅耳透鏡(7)或拋物面鏡，以便檢測照射在其上的與所述光束幕簾(4)呈銳角的所述激光線(5)的所有未受干擾的反射光點(diǎn)，以及包含用于檢測并記錄所述激光器(2)以及所述相機(jī)(6)的相對(duì)于所述測量軌道(17)的速度。
10.如權(quán)利要求8中所述的用于對(duì)表示三維體的物體(I)的空間范圍進(jìn)行無接觸、快速且精確測量的裝置，其中用于檢測并記錄所述物體(I)在所述測量軌道(17)上移動(dòng)通過所述光束幕簾(4)的速度的所述構(gòu)件包含光源(16)、兩個(gè)水平地在所述測量軌道(17)外側(cè)偏移的相機(jī)(14)以及計(jì)算機(jī)單元，所述光源(16)發(fā)藍(lán)光，布置在所述測量軌道(17)的外側(cè)，所述相機(jī)(14)用于檢測兩個(gè)自然存在于所述物體的側(cè)面上的反射區(qū)域(15)或布置在所述物體的側(cè)面上的相同水平處的人工反射區(qū)域(15)，所述計(jì)算機(jī)單元用于分析所檢測到的數(shù)據(jù)并用于通過三角測量法來確定所述反射區(qū)域(15)的中心以及其隨時(shí)間的偏移，并且由此創(chuàng)建在所述測量軌道(17)上移動(dòng)或被移動(dòng)通過所述測量軌道(17)的物體(I)的距離時(shí)間關(guān)系曲線。
11.如權(quán)利要求7、8或10中任一項(xiàng)中所述的用于對(duì)表示三維體的物體(I)的空間范圍進(jìn)行無接觸、快速且精確測量的裝置，其中對(duì)于測量在所述測量軌道(17)上移動(dòng)通過所述光束幕簾(4)的所述物體的最大高度，許多光源(9)布置在所述激光束幕簾(4)的外側(cè)，以便形成一系列離散的疊加光束，所述光束水平地并橫向地穿過所述激光束幕簾(4)的平面至所述光束幕簾(4)的另一側(cè)，并由此形成光障壁(10)，以及包含類似系列的相互疊加放置的光傳感器(11)，以檢測所述水平地照射的光束，以及包含計(jì)算機(jī)單元，用于確定所述光障壁(10)的相應(yīng)的最低的未受 干擾光束(13)。
全文摘要
裝置包含測量軌道(17)、激光器(2)，在測量軌道(17)上駕駛或移動(dòng)物體(1)，激光器(2)具有遠(yuǎn)心透鏡/菲涅耳透鏡(3)，用以產(chǎn)生橫向于測量軌道(17)延伸的垂直光束幕簾(4)。此外，相機(jī)(6)在測量軌道(17)的縱向方向上偏離激光器(2)，同樣地前面放置有遠(yuǎn)心透鏡/菲涅耳透鏡(7)。使用所述相機(jī)以與光束幕簾(4)呈銳角來檢測入射在測量軌道(17)的底板上的激光線(5)中未受干擾地在測量軌道(17)的底板上反射的所有光點(diǎn)。此外，提供用于檢測并記錄物體(1)在測量軌道(17)上移動(dòng)通過光束幕簾(4)的速度的構(gòu)件，從而可創(chuàng)建距離時(shí)間關(guān)系曲線。通過由此所獲得的數(shù)據(jù)，可確定物體的底板輪廓，換言之，可確定物體在底板上由垂直入射光所產(chǎn)生的陰影。也使用光障壁布置來確定物體的最大高度。
文檔編號(hào)G01B11/24GK102753934SQ201080026071
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2010年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月31日
發(fā)明者安德里亞斯.格里斯 申請(qǐng)人:天際停車公司