[发明专利]6自由度位置和取向确定

权利要求书

1.一种用于通过以下步骤确定场景中的三维已知形状(2)的六自由度位置和取向的方法：

■利用具有深度图像模块的深度成像相机(4)拍摄深度图像(13)，所述深度图像模块具有传感器阵列，该传感器阵列具有第一数量的像素，其中，针对各个第一像素，确定从所述传感器到所述场景的点的深度信息，从而得到3D点群(202)，

■利用具有图像传感器的数字相机(5)拍摄视觉照片(14)，所述图像传感器具有第二数量的像素，从而得到尤其包括强度和光谱信息的2D照片(203)，其中，第一像素视场和第二像素视场的关系是已知的，尤其其中，所述第二数量的像素高于所述第一数量的像素，

■存储的所述已知形状的3D数字表示(11)在虚拟空间中几何拟合，以与所拍摄的2D照片(203)和所拍摄的3D点群(202)中的所述已知形状的再现虚拟匹配，以及

■根据所述虚拟匹配来确定所述场景中的所述已知形状(2)的六自由度位置(x,y,z)和取向(A,B,C)。

2.根据权利要求1所述的方法，该方法的特征在于，

通过将来自所述视觉照片(14)的信息和来自所述深度图像(13)的信息进行组合来提取3D几何信息，尤其其中，所述组合步骤包括以下步骤：使所述深度图像(13)和所述视觉照片(14)二者中的所述已知形状的至少一个几何特征匹配，并且进一步使所述3D数字表示(11)中的几何特征在所组合的信息内匹配。

3.根据权利要求1所述的方法，该方法的特征在于，

所述3D数字表示(11)与所述视觉照片(14)的第一匹配，以及

所述3D数字表示(11)与所述深度图像(13)的第二匹配，

并且通过尤其根据调节演算或最大似然算法，将所述第一匹配和所述第二匹配的结果进行组合，来确定位置和取向。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，该方法的特征在于，

所述匹配包括以下步骤：

■通过将以下项组合来识别面

o所述视觉照片中的面的边缘提取，和/或

o所述深度图像中的面检测，优选地通过拟合所述点群中的平面，以及

■尤其根据最小二乘或最大似然算法，使所识别出的面和/或边与所述3D数字表示的对应面匹配，

优选地其中，多个面和/或边是三维匹配的。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，该方法的特征在于，

识别所述视觉照片(14)内，尤其是所述已知形状上的纹理结构，

优选地包括根据所述视觉照片中的所述已知形状的视觉大小和/或所述已知形状的纹理的附加位置和取向确定，优选地用于根据所述纹理信息得到位置和取向确定的唯一性。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，该方法的特征在于，

从单个测量设备(1)，尤其是利用单个视线，拍摄所述视觉照片(14)和所述深度图像(13)，优选地其中，所述深度图像和所述视觉照片的拍摄在时间上同步。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，该方法的特征在于，

尤其利用反着使用的光学图像稳定单元来引入，使深度相机的光轴相对于数字相机的光轴在所述第一像素的亚分辨率内定向抖动，并且将多个定向抖动的低分辨率深度图像组合，以用于增大所述点群的分辨率使其超过所述第一像素的分辨率。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，该方法的特征在于，

评估从深度相机(4)所接收到的深度成像光的反射强度确定的强度信息，尤其作为被所述已知形状散射回的距离测量光的强度值，并且包括所述虚拟匹配中的强度信息。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法，该方法的特征在于，

确定附着到所述已知形状(2)的物体(106,100,102,105,2A)的相关位置和取向，所述已知形状(2)是已知的三维固体容积体，该三维固体容积体具有便于能够以六自由度精确且唯一地确定所述已知形状(2)的空间位置和取向的三维外部构造。

10.根据权利要求9所述的方法，该方法的特征在于，所附着的物体是测量探针(106)，尤其是触觉坐标测量探针，并且所述方法是测量测量对象(101)的空间坐标。