专利名称：一种测量仪器的制作方法
技术领域：
本发明涉及对测绘图、图画、照片等的距离和面积的测量。
背景技术：
经常会对测绘图、图表、图画、照片、示意图、蓝图、设计图以及其他类似对象进行测量。测量值可以包括距离、面积等。另外，距离可以是沿着直线的、弯曲的或者不规则的路径的距离，并且/或者面积可以是任何形状的面积。有许多仪器可以用于测量距离和/或面积，例如面积仪和测绘图测量轮(map measuring wheel)。但是，这些测量仪器的适用都有某些程度的限制。
面积仪用于测量平面区域的面积。面积仪包括锚臂(anchor arm)和描摹臂(tracing arm)，两者接合于肘部，该肘部具有轮子与标尺组件。随着描摹臂上的指针遍历区域的周界，轮子沿着台面的表面滚动并改变位置。随着描摹臂遍历该周界，轮子转动标尺。从而，标尺指示出与该区域面积成比例的数字。对所指示的数字应用一个换算因子以确定实际面积，其中所述换算因子取决于表示方式的比例。不幸的是，面积仪的结构尺寸较大，不方便携带。此外，面积仪不测量沿着路径的距离，而只测量所包围的区域的面积。
测绘图测量轮用于沿着一条路径测量距离。测绘图测量轮一般包括滚轮、致动器/传感器、运算单元和显示器。滚轮被耦合到检测滚轮旋转的致动器/传感器。致动器/传感器向运算单元提供指示了滚轮的旋转的信号。运算单元从指示了滚轮的旋转的信号和适宜的比例因子计算距离。所计算的距离然后被输出到显示器上。测绘图测量轮具有相对较小的结构尺寸。但是，测绘图测量轮一般只能计算某些规则形状的面积。
此外，测绘图测量轮的问题在于在滚轮和物体之间必须有足够的摩擦力或引力。如果没有足够的摩擦力或引力，滚轮会滑动造成测量误差。测绘图测量轮的问题还在于滚轮必须单向地沿着路径连续地瞄指。因此，当对不规则路径或者形状进行描摹时，用户必须连续地绕轴转动设备。这样的绕轴转动动作通常会使用户紧张和疲劳。另外，绕轴转动还会造成滚轮组件内的束缚，从而引起测量误差。测绘图测量轮还受到分辨率受限的影响。具体地说，分辨率是滚轮的尺寸和所探测的旋转增量的函数。
发明内容
依照了本发明的实施例提供了一种用于测量距离和/或面积的仪器。在依照了本发明的一个实施例中，测量仪器包括图像获取系统、光学导引引擎、运算单元和显示器。光学导引引擎可通信地耦合到图像获取系统。运算单元可通信地耦合到光学导引引擎。显示器可通信地耦合到运算单元。
在依照了本发明的一个实施例中，提供了一种进行测量的方法，该方法包括生成物体的一个给定区域的一系列图像。确定每组相继的图像中的图案的一系列相对的位置变化。将物体上给定路径的距离作为所述一系列相对的位置变化的函数而对其进行计算。
在附图的图形中以示例性的方式而非限制的方式对依照了本发明的实施例进行了描述，所述附图中类似的参考标号表示相似的部件，其中图1示出了在依照了本发明的一个实施例中的测量仪器的框图；图2示出了在依照了本发明的一个实施例中的图像获取系统的框图；图3示出了在依照了本发明的一个实施例中的进行测量的方法的流程图；图4示出了在依照了本发明的一个实施例中的示例测量仪器的图示。
具体实施例方式
现在将详细参考依照了本发明的实施例，这些实施例的示例示出在附图中。尽管依照了本发明的各种实施例将被描述，但是应该理解它们并不意图将本发明限制于这些实施例。相反，本发明意图覆盖可能被包括在所附权利要求所界定的本发明中的替代、修改和等同物。此外，在以下具体描述中，陈述了很多特定细节以提供对依照了本发明的各种实施例的全面的理解。但是，应该理解，本发明可以不用这些特定细节而被实施。在另一些情况下，对公知的方法、程序、部件和电路没有具体地描述，以免不必要地使依照了本发明的实施例的特征�：�。
依照了本发明的实施例提供了用于在测绘图、图表、图画、照片、示意图、蓝图、设计图和/或其他类似物体上测量距离、面积和/或其他空间特征的系统和方法。该系统和方法利用了光源、光传感器和数字信号处理器，用于描摹沿着给定路径的测量仪器的位置。得到的位置信息被用来计算各种测量值。
参照图1，示出了在依照了本发明的一个实施例中的测量仪器100的框图。如图1所示，测量仪器100包括图像获取系统110、光学导引引擎120、运算单元130和显示器140。图像获取系统110可通信地耦合到光学导引引擎120。光学导引引擎120可通信地耦合到运算引擎130。运算单元130可通信地耦合到显示器140。
在依照了本发明的一个实施例中，图像获取系统110照明给定物体的一个表面区域，并获取从该被照明区域的特征结构所反射的光。图像获取系统110从该反射光生成一系列图像。在依照了本发明的一个实施例中，以每秒钟100幅图像或更多幅图像的速率获取图像。在依照了本发明的一个示例实施例中，获取速率大约为每秒钟1500幅图像。在依照了本发明的一个实施例中，每幅图像包括100像素或者更多像素。在依照了本发明的一个示例实施例中，对每幅图像获取约450像素。图像从图像获取系统110被输出到光学导引引擎120。
在依照了本发明的一个实施例中，光学导引引擎120识别相继的图像中的共同特征(例如，图案)的位移，从而跟踪其运动。由于图像获取的速率足够高，所以相同特征的大部分被包含在相继的图像中。因此，通过光学导引引擎120对在最近期的图像与一幅或者多幅以前的图像中的共同特征的位移进行识别。基于这些共同特征，光学导引引擎120确定测量仪器的相对运动。该信息然后被光学导引引擎120转换成相应的一系列方向和幅度数据。各方向和幅度数据的值代表了测量仪器(例如，一系列图像中的一幅特定图像和下一幅图像之间)的相对运动。一系列的方向和幅度数据从光学导引引擎120被输出到运算单元130。
在依照了本发明的一个实施例中，运算引擎130从一系列的方向和幅度数据以及给定的比例因子计算出特定物体的距离和/或面积。距离和/或面积也可以以给定的测量单位(例如，千米或者英里)来计算。距离和/或面积测量值从运算引擎130被输出，用于在显示器140上向用户表示。
在依照了本发明的一个实施例中，测量仪器100还可以包括可通信地耦合到运算引擎130的用户控制�？�150。用户控制�？�150使得能够输入/选择比例因子、测量单位和/或函数(例如，距离、面积)。用户控制�？�150还可以使得能够对仪器加电或者断电、对仪器进行清除和/或输入/选择给定路径的起始点和/或终止点。相应地，运算引擎130以从用户控制�？�130接收到的给定测量单位利用给定的比例因子计算给定的函数。
在依照了本发明的一个实施例中，测量仪器100还可以包括可通信地耦合到运算引擎130的通信端口160。通信端口160使得测量值和/或对比例因子和/或函数的选择能够从/向计算设备和/或输入/输出设备(例如，计算机、监视器、打印机)被传送。在依照了本发明的一个实施例中，通信端口160提供有线通信。在依照了本发明的另一个实施例中，通信端口160提供无线通信。
现在参照图2，示出了在依照了本发明的一个实施例中的图像获取系统200的框图。如图2所示，图像获取系统200包括光源210、第一透镜220、定位元件230、第二透镜240以及光传感器250。光源(例如，发光二极管)210发射光。第一透镜220将来自光源的光聚焦到物体(例如，测绘图)260的给定区域上。光从物体上被反射并被第二透镜240聚焦到光传感器(例如，摄像芯片)250。反射光中的微小改变足以产生用于向光学导引引擎输出的可用数据。
在依照了本发明的一个实施例中，光被聚焦为在定位元件(例如，标线、指针)230位置处的物体的一个区域被反射。在依照了本发明的另一个实施例中，光被聚焦为在邻近定位元件230位置处的物体260的一个区域被反射。此外，随着定位元件230在物体上移动，光源210、第一透镜220、第二透镜240和光传感器250都相对于该定位元件230而移动。
在依照了本发明的一个实施例中，光传感器250以每秒钟100幅图像或者更多幅图像的速率检测从细微纹理特征反射的光。在依照了本发明的一个实施例中，每幅图像包含100或者更多像素。在依照了本发明的一个示例实施例中，光传感器250所形成的图像为30像素宽、30像素长。每个像素的尺寸约为60×60微米(μm)。在依照了本发明的一个实施例中，利用插值算法获得像素的十六分之一(例如，3.75μm)的分辨率。
现在参照图3，示出了在依照了本发明的一个实施例中的进行测量的方法300的流程图。如图3所示，在310处，方法300从生成物体给定区域的一系列图像开始。这一系列的图像是以每秒钟100幅或者更多幅图像的速率生成的。在依照了本发明的一个示例实施例中，光传感器每秒钟生成1500幅图像。
在320处，确定每组相继的图像的相对位置变化的一系列X和Y坐标的相对变化。对于每一组相继的图像，图案的X和Y坐标的变化指示了测量仪器运动方向和幅度的相对变化。在本发明的一个实施例中，可以以每英寸100个或更多个点并且以每秒钟一英寸或更大的速度来确定方向和幅度的相对变化。在依照了本发明的示例实施例中，运动方向和幅度的相对变化可以以每英寸400个点并且以高达每秒钟12英寸的速度来确定。
在330处，对一系列的X和Y坐标的相对变化被总计以计算测量仪器所描摹的路径的距离。在依照了本发明的一个实施例中，在表明了整个路径已经被描摹的时候，对距离进行。在依照了本发明的另一个实施例中，在路径被描摹的同时计算距离。
在340处，X和Y坐标的连续的相对变化还可以用来计算该路径所包围的面积。在依照了本发明的一个实施例中，路径被从测量仪器最近期的位置的X和Y坐标回到测量仪器起初的X和Y坐标的直线所包围。在依照了本发明的一个实施例中，在表明了整个路径已经被描摹的时候，对面积进行计算。在依照了本发明的另一个实施例中，在路径被描摹的同时计算面积。
现在参照图4，示出了在依照了本发明的一个实施例中的示例测量仪器400的图示。如图4所示，测量仪器400包括主体410，该主体410具有定位元件(例如，标线、指针)420、显示器(例如，液晶显示器)430和开孔(不可见)440。测量仪器400还可以包括一个或者多个输入端(例如，按钮)450和/或通信端口(未示出)160。
在依照了本发明的一个实施例中，测量仪器400的主体410被用户握住并围绕物体移动，使得定位元件420能够描摹想要的路径。相应地，开孔440沿着相同路径或者与其相关的路径围绕该物体移动。另外，图像获取系统(未示出)110不需要在相对于行进方向的特定位置被定向。这样，主体410和定位元件420的位置适于减少当描摹想要的路径时用户旋转测量设备400的需要。
主体410还为图像获取系统110、光学导引引擎(不可见)120和运算引擎(不可见)130提供了外壳。图像获取系统发送穿过开孔440并射到物体上的光。图像获取系统110然后采集穿过开孔440反射回的光，以便形成一系列图像。一系列的图像被光学导引引擎120用来生成位置变化信息。位置变化信息被运算单元130用来计算想要的测量值。用户所选择的想要的测量值然后被呈现在显示器430上。
在依照了本发明的一个实施例中，输入端(例如，按钮)450可以被用来打开/关闭测量仪器400、指示想要的路径的起始点、指示想要的路径的终止点、清除以前的测量、选择计算类型(例如，距离、面积)、选择测量单位和/或选择比例因子等。
在依照了本发明的一个实施例中，显示器430向用户显示计算结果。在依照了本发明的一个实施例中，在表明了已经整个路径已经被描摹的时候，显示计算结果。在依照了本发明的另一个实施例中，在路径被描摹的同时显示和更新计算结果。显示器还可以被用来指示所执行的计算类型、测量单位和/或所使用的比例因子。
依照了本发明的实施例具有测量仪器能够方便地计算沿着规则或者不规则路径的距离和/或其中所包围的面积的优点。依照了本发明的实施例还具有设备轻便并且能够符合人体工程学形状因素的优点。另外，在描摹给定路径的时候，图像的获取不需要用户进行绕轴转动。因此，测量仪器不会收到描摹给定路径时绕轴转动或者不转动而产生的测量误差的影响。
此外，光源提供了对物体的给定区域的照明。相应地，该照明增强了用户看到物体上的细节并如所希望的那样移动定位元件的能力。图像获取系统还能抵抗可能影响测量的准确度的沾染。
为了解释和说明的目的，已经对依照了本发明的特定实施例的作出了上述描述。它们并非意思是穷尽性的或者将本发明限制于所公开的精确的形式，显然，在以上教导的启发之下，很多修改和变化都是可能的。依照了本发明的实施例被选择和描述是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使得其他的本领域技术人员能够最好地利用本发明和适用于预期的特定用途的各种修改。本发明的范围意图由所附权利要求及其等同物来定义。
权利要求
1.一种测量仪器，包括图像获取系统(110)；可通信地耦合到所述图像获取系统(110)的光学导引引擎(120)；可通信地耦合到所述光学导引引擎(120)的运算引擎(130)；和可通信地耦合到所述运算引擎(130)的显示器(140)。
2.如权利要求1所述的测量仪器，还包括可通信地耦合到所述运算引擎(130)的用户控制�？�(150)。
3.如权利要求1所述的测量仪器，还包括可通信地耦合到所述运算引擎(130)的通信端口(160)。
4.如权利要求1所述的测量仪器，其中所述图像获取系统(110)包括光源(210)；用于将来自所述光源(210)的光聚焦到物体(260)的给定区域上的第一透镜(220)；光传感器(250)；用于将从所述物体(260)的所述给定区域所反射的光聚焦到所述光传感器(250)上的第二透镜(240)；和用于描摹给定路径的定位元件(230)，其中所述光源(210)、所述第一透镜(220)、所述光传感器(250)和所述第二透镜(240)都相对于所述定位元件(230)的运动而移动。
5.一种进行测量的方法，包括生成物体的给定区域的一系列图像(310)；检测所述一系列图像的每组相继的图像中的相对位置变化(320)；以及将所述物体上的给定路径的距离作为所述一系列相对位置变化的函数而对其进行计算(330)。
6.如权利要求5所述的进行测量的方法，还包括接收比例因子；以及还将所述路径的所述距离作为所述比例因子的函数而对其进行计算。
7.如权利要求6所述的进行测量的方法，还包括接收测量单位因子；以及还将所述路径的所述距离作为所述测量单位的函数而对其进行计算。
8.如权利要求6所述的进行测量的方法，还包括将由所述给定路径所包围的面积作为所述一系列相对位置变化的函数而对其进行计算(340)。
9.一种测量仪器，包括用于描摹物体上的给定路径的定位元件(420)；用于沿着所述给定路径生成一系列图像的图像获取系统(110)；用于检测所述一系列图像的每组相继的图像中相对位置变化的光学导引引擎(120)；用于将所述物体上的给定路径的距离作为所述一系列的相对位置变化、比例因子和测量单位因子的函数而对其进行计算的运算引擎(130)；和用于显示所述距离的显示器(430)。
10.如权利要求9所述的测量仪器，其中所述运算引擎(130)将由所述给定路径所包围的面积作为所述一系列的相对位置变化的函数而对其进行计算。
全文摘要
依照了本发明的实施例提供了一种测量仪器，该仪器包括图像获取系统110、光学导引引擎120、运算引擎130和显示器140。光学导引引擎120可通信地耦合到图像获取系统110。运算引擎130可通信地耦合到光学导引引擎120。显示器140可通信地耦合到所述运算引擎130。
文档编号G01B11/28GK1580694SQ20041003821
公开日2005年2月16日 申请日期2004年5月13日 优先权日2003年8月14日
发明者迈克尔·J·布罗斯南 申请人:安捷伦科技有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
