CN103403493A - 移动式测量装置、仪器和方法 - Google Patents

Abstract

一种便携式仪器或设备，包括便携式装置和测距仪模块。该测距仪模块可被附接到该便携式装置，该便携式装置可以是任何合适的智能电话、平板电脑或具有相机的其它消费电子装置。通过该测距仪和相机的合适对准，该装置能够在相当大的范围内捕捉精确的数据，包括例如目标的图像以及关于该目标的位置信息。

Description

移动式测量装置、仪器和方法

技术领域

本发明涉及用于捕捉图像和测量位置的移动式装置。

背景技术

捕捉来自传感器的各种组合的数据的装置被用在许多应用中。包括需要对准或校准的传感器的这种装置通常在工厂中被对准或校准。该装置通常适合于执行特定的专门工作但不适合于其它目的。这导致高的成本，并且对于一些应用，该成本不能被证明是合理的。

本发明的一个目的是提供一种用于增强被设置在标准消费电子装置中的传感器的装置，所得到的仪器能够捕捉图像和精密的位置数据。

本发明的又一目的是提供一种使用户能够对准相机和激光测距仪的装置。

本发明的又一目的是提供一种使用户能够对准相机、激光测距仪以及一个或多个取向传感器的装置。

应当与至少向公众提供有用的选择的目的相区分地审视每个目的。

发明内容

根据一个示例性实施例，提供了一种数据捕捉方法，其包括：将测距仪模块安装到便携式装置，所述测距仪模块包括发射和检测测距仪光束的激光测距仪并且所述便携式装置包括相机和显示器，使得在安装好的状态下所述激光测距仪和相机彼此呈固定的关系。激光测距仪的方向通过以下步骤来确定：使用所述相机来捕捉一个或多个对准图像；根据所述一个或多个图像来确定所述测距仪光束在所述一个或多个图像中的位置；以及根据所述位置来确定相对于所述相机的激光测距仪方向。数据通过以下步骤来捕捉：在具有标记的显示器上显示来自所述相机的图像，对所述标记和所述所确定的激光测距仪方向进行对准为使得所述设备被布置成：由用户通过将标记与目标对准来将所述设备指向所述目标；以及基本上同时地使用所述相机捕捉包括所述目标的图像和使用所述激光测距仪捕捉到所述目标的距离。

可以与所述一个或多个图像基本上同时地、利用激光测距仪来捕捉对准距离，所述激光测距仪方向是根据所述位置和对准距离来确定的。

测距仪光束可以是红外激光束并且相机可以对可见光和红外光敏感。

可通过减少进入相机的可见光的量来增强测距仪光束的检测。所述减少进入相机的可见光的量的步骤可以包括：将红外通过可见阻挡滤光器暂时地定位在相机的前方。

可替选地，与测距仪光束有已知关系的可见激光束可以被投射，所述根据一个或多个图像来确定测距仪光束在所述一个或多个图像中的位置的步骤包括：确定所述可见激光束的位置并且基于所述可见激光束的所述位置和所述已知关系来确定所述测距仪光束的位置。

可替选地，所述根据一个或多个图像来确定测距仪光束在所述一个或多个图像中的位置的步骤可以包括：减去可见背景以增强红外激光测距仪光束的检测。该背景可以根据由相机在没有激光测距仪光束的情况下捕捉到的第一图像来确定。

可以对于相机所捕捉到的每个帧检测所述激光测距仪光束的多个脉冲以增强所述红外激光测距仪光束的检测。

可替选地，数据可以在多个相机帧上被积累以增强红外激光测距仪光束的检测。

可替选地，至少部分地由将红外光转换成可见光的材料形成的目标可以被提供，对准图像中的至少一个利用与该目标对准的激光测距仪来被捕捉，以及所述根据一个或多个图像来确定测距仪光束在所述一个或多个图像中的位置包括：检测由目标材料发射的可见光。

可以在黑暗空间中执行所述基本上地同时地利用相机捕捉一个或多个对准图像和利用激光测距仪捕捉对准距离的步骤。

可以在不同的距离处执行所述基本上同时地利用相机捕捉一个或多个对准图像和利用激光测距仪捕捉对准距离的步骤两次或更多次。

标记和所确定的激光测距仪方向可以通过以下步骤中的任一个来被对准：与所确定的激光测距仪方向对准地显示标记而无论该方向是否偏离显示器中心；或者在显示器中心中显示标记并且对准所显示的图像，以将激光测距仪方向带到显示器中心。

测距仪模块或便携式装置可以包括定位系统和一个或多个取向传感器，所述捕捉数据的步骤包括：使用所述定位系统捕捉测距仪模块或便携式装置的位置和利用取向传感器与图像和距离的捕捉基本上同时地捕捉测距仪模块或便携式装置的取向。

在捕捉数据之前，一个或多个取向传感器可以与激光测距仪方向对准。

这个对准可以通过以下步骤来被执行：利用处于第一位置和第一取向的所述便携式设备、当将便携式设备瞄准于第二位置时捕捉第一组取向参数；利用处于第一位置和第二取向的所述便携式设备、当将便携式设备瞄准于第二位置时捕捉第二组取向参数；利用处于第二位置和第一取向的便携式设备、当将便携式设备瞄准于第一位置时捕捉第三组取向参数；利用处于第二位置和第二取向的便携式设备、当将便携式设备瞄准于第一位置时捕捉第四组取向参数；以及根据这四组取向参数之间的差异来确定用于所述一个或多个取向传感器的一个或多个偏移。

所捕捉到的数据可以从测距仪模块被传送到便携式装置。

根据另一个示例性实施例，提供了：在一种测量设备中，包括：包括有显示器、处理器和存储器的便携式装置；包括有发射测距仪光束的激光测距仪的测距仪模块；以及安装装置，用于将所述测距仪模块安装到所述便携式装置，使得在安装好的状态下所述激光测距仪和相机彼此呈固定的关系。所述装置被配置成实施所述便携式装置与所述测距仪模块之间的有线或无线通信链路；一种方法，包括：通过以下步骤来确定所述激光测距仪的方向：使用所述相机捕捉一个或多个对准图像；根据所述一个或多个图像来确定所述测距仪光束在所述一个或多个图像中的位置；以及根据所述位置来确定相对于所述相机的激光测距仪方向；以及通过以下步骤来捕捉数据：在具有标记的所述显示器上显示来自所述相机的图像，所述标记和所述所确定的激光测距仪方向被对准为使得所述设备被布置成：由用户通过将所述标记与目标对准来将所述设备指向所述目标；以及基本上同时地使用所述相机捕捉包括所述目标的图像和使用所述激光测距仪捕捉到所述目标的距离。

根据另一个示例性实施例，提供了一种在其上编码有计算机可读指令的计算机可读介质，当在具有附接的激光测距仪模块的包括处理器、相机和显示器的便携式装置上执行所述计算机可读指令时，所述计算机可读指令被布置成：响应于对准捕捉指令的检测而使得：使用所述相机捕捉一个或多个对准图像；所述处理器根据所述一个或多个图像来确定所述测距仪光束在所述一个或多个图像中的位置；以及所述处理器根据所述位置来确定相对于所述相机的激光测距仪方向；使得标记和所确定的激光测距仪方向被对准为使得所述设备被布置成：由用户通过将所述标记与目标对准来将所述设备指向所述目标；以及响应于数据捕捉指令而使得：基本上同时地使用所述相机捕捉包括所述目标的图像和使用所述激光测距仪捕捉到所述目标的距离。

根据另一个示例性实施例，提供了一种对准便携式装置中的相机和一个或多个取向传感器的方法，其包括：利用处于第一位置和第一取向的便携式设备、当将所述便携式设备瞄准于第二位置时捕捉第一组取向参数；利用处于第一位置和第二取向的便携式设备、当将便携式设备瞄准于第二位置时捕捉第二组取向参数；利用处于第二位置和第一取向的便携式设备、当将便携式设备瞄准于第一位置时捕捉第三组取向参数；利用处于第二位置和第二取向的便携式设备、当将便携式设备瞄准于第一位置时捕捉第四组取向参数；以及根据这四组取向参数之间的差异来确定用于所述一个或多个取向传感器的一个或多个偏移。

优选地，所述一个或多个偏移被存储在存储器中。

优选地，标记被显示在所述便携式设备的显示器上，所述标记被覆盖在来自所述相机的图像上，其中，对准所述便携式设备涉及将所述标记与所述第一位置或者第二位置对准。

根据又一个示例性实施例，提供了一种被配置用于附接到包括具有光学轴的相机的便携式装置的激光测距仪模块，所述模块包括：激光测距仪，其被基本上对准于测距仪轴上；以及一个或多个光学元件，其被定位成将光重定向，以便当所述激光测距仪模块被安装在便携式装置上时将所述测距仪轴和相机光学轴基本上对准。

优选地，所述激光测距仪模块包括被配置成将所述激光测距仪模块安装到便携式装置的安装装置。

优选地，所述一个或多个光学元件包括将光重定向基本上90°的一个或多个反射器。

优选地，所述激光测距仪被定位在所述激光测距仪模块内，使得当所述模块被安装在大致扁平本体的便携式装置上时，所述激光束在被重定向之前在与该便携式装置的平面基本上平行的平面内发射。

附图说明

结合在本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例并且与以上给出的本发明的概述和如下的实施例的详细说明一起仅通过示例的方式来用于说明本发明的原理。

图1是根据一个实施例的仪器或设备的一个示意图；

图2是图1的仪器或设备的又一个示意图；

图3是示出了根据一个实施例的方法的流程图；

图4是更详细地示出了图3的激光对准步骤的流程图；

图5是更详细地示出了图3的取向传感器校准步骤的流程图；

图6是更详细地示出了图3的数据捕捉步骤的流程图；

图7示出了一个实施例中的仪器或设备的显示器；

图8示出了另一个实施例中的仪器或设备的显示器；

图9示出了根据又一个实施例的仪器或设备；

图10示出了图9的仪器或设备的测距仪模块；

图11示出了图9的仪器或设备的便携式装置；

图12是图9的仪器或设备的侧视图，其示出了测距仪模块的一些内部部件的布局；以及

图13是图9的仪器或设备的后视图，其示出了测距仪模块的一些内部部件的布局。

具体实施方式

图1示出了根据一个实施例的仪器1。仪器1包括可以是智能电话、平板电脑或类似装置的便携式装置2。便携式装置2也可以是便携式GPS装置。这种装置可从诸如Trimble的供应商处获得，并且可以包括相机、显示器和GPS接收器。

优选地，便携式装置是易于获得的物品。便携式装置2可以包括安装在外壳5中的相机3和显示器4。便携式装置还可以包括处理器7和存储器8，并且优选地包括诸如蓝牙或USB通信模块的一个或多个局部通信模块9。便携式装置2可以包括诸如定位（例如GPS）模块10和一个或多个取向传感器11的其它传感器。取向传感器11可以包括测方向装置（例如磁性或GPS罗盘）、倾斜度传感器和陀螺仪的任何合适的组合。优选地，便携式装置还包括可以是按钮、小键盘、触摸屏、语音识别、鼠标或者任何其它合适的输入装置的合适的用户输入装置。

仪器1还包括测距仪模块15。测距仪模块15包括安装在外壳17中的激光测距仪16。为了实现紧凑形状，测距仪的取向沿着外壳，一个或多个镜子或类似的反射器18重定向测距仪，使得激光被发射并通过窗口19被接收。通常，测距仪将沿着从测距仪延伸到目标的测距仪轴被对准。反射器18将测距仪轴与相机光学轴基本上对准，进一步的对准如下面所讨论的那样实现。

该布置提供基本上保留便携式装置的形状因子的薄或低轮廓的测距仪模块，使得仪器1能够以相同方式被保持。在一个实施例中，测距仪模块15的厚度小于30mm，优选地小于20mm。

在所示出的实施例中，激光被重定向90°。然而，在一些实施例中，可能需要更小或更大的重定向。例如，一些手持式GPS单元的显示器以及这些GPS单元的本体的较大部分的取向与相机光学轴成大约20°至30°。如果申请人的激光测距仪模块被布置成使其外壳与GPS单元显示器基本上平行，则该光学轴需要被重定向仅20°至30°。

尽管镜子或者其它反射器18在附图中被示出，但是任何其它合适的光学元件可以被用来重定向激光测距仪路径。例如，在仅仅需要小的重定向时可以使用棱镜。在使用反射器时，这些可以是镜子或者直角棱镜或者任何其它合适的反射器。

激光测距仪通常将包括被配置成发射红外激光束（尽管可以使用任何合适的波长，但是通常约905nm）的激光器和检测所反射的激光束的相机。激光脉冲的飞行时间或者激光器上的调制信号的相位被检测并被用于确定距离。

测距仪模块15可以包括其它传感器20，其可以包括定位和取向传感器。优选地，测距仪模块具有减小便携式装置电池23上的负荷的电池22，因为测距仪和测距仪模块中的其它传感器将消耗大量的能量。测距仪模块可以具有用于连接电池充电器合适端口，或者测距仪模块可以从与便携式装置的连接中汲取电力。

测距仪模块还包括用于通过通信链路与便携式装置2的通信模块9进行通信的通信模块25（诸如蓝牙或USB模块）。

通常，测距仪模块15可以提供任何期望组传感器，以扩增由便携式装置2提供的传感器。即使便携式装置包括特定的传感器，相同种类的又一个或更多精确的传感器可以被设置在测距仪模块中。

如图2所示，测距仪模块15可以利用例如蛤壳型或者有弹性的盒体的合适的盒体30被安装到便携式装置2。优选地，该盒体将测距仪模块以足够的刚性安装到便携式装置，以防止这两者之间的不必要的移动。代替该盒体可以使用实现该目的的任何合适的接合机构。该盒体可以对于所使用的便携式装置的类型是特定的。适合于测距仪模块的盒体的部件可以是标准的，其中不同的接口用于不同的便携式装置。

由此，测距仪模块15能够以固定的关系安装到便携式装置2。然而，这没有提供激光测距仪16和相机3的精确对准。测距仪模块可以被制造成向特定类型的便携式装置的相机3提供大致的对准。然而，所述装置和安装装置中的制造公差和变化将导致对准的变化。

图3是示出了如何将申请人的仪器1配置用于用户对准和校准的流程图。在步骤31中，用户将测距仪模块15安装到便携式装置2。在步骤32中，如图4中更详细地示出的，实施激光对准处理。在步骤41中，该仪器使用相机3捕捉一个或多个对准图像。为了最精确的对准，可以在该步骤期间将该仪器定向在相对平坦的表面处。在这些图像中的至少一些中，激光测距仪是接通的，激光束优选地对于每个图像发射多个脉冲。然后在步骤42中可以确定激光测距仪在对准图像中的位置。

在大多数智能电话和其它消费电子装置中的相机具有在可见光谱以上和红外光中敏感的传感器。然而，为了提高它们在可见光范围中的性能，通常在制造期间添加红外阻挡滤光器。相机通常仍然在红外线中略微地敏感，所以所得到的对准图像将由可见光和红外光（包括激光测距仪光束）形成。当由于该红外阻挡滤光器而使在红外线中的敏感度低时，增强红外光的检测可能是合乎需要的。这可以以几个不同的方式来实现。

如果传感器的一个颜色通道在红外线中比在其它通道更敏感，则它单独可以被用于红外激光束的检测。

到达传感器的可见光的水平可以被降低，这将导致红外线形成较大比例的检测光。例如，用户能够在诸如关了灯的房间的黑暗空间中捕捉对准图像。可替选地，可以使用可见阻挡红外线通过滤光器。合适的滤光器可以被存储在装置外壳中并且可以是“弹出”可伸缩滤光器。

可替选地，可以使用变频材料。激光检测荧光体或者其它合适的材料吸收红外光并且发射可见光。如果激光测距仪被指向这种材料，则由该材料发射的可见光可以被检测并且被用于确定红外光束位置。合适的材料可以被设置为装置外壳的一部分，或者可以被设置在存储在装置外壳中的小型卡片上。

可替选地，多个（可能是一百或更多）帧可以被捕捉，其中小的红外信号被积累在那些多个帧上并且红外信号通过视频平均化被改善。覆盖和加和图像帧使随机噪声分量消除，但是恒定信号（IR光）往往是加性的，从而将信号从噪音中提取出。被平均的帧的最佳数目取决于激光光点与背景光的亮度对比度。具有高水平IR截止滤光的光学系统会需要更多的平均。

作为又一个可替选方案，背景帧可以在无激光束的情况下（即，在测距仪关闭的情况下）被捕捉并且这个背景数据可以在激光束存在的情况下从对准图像中被减去。以这种方式将消除大部分的可见光数据。

又一个可替选方案包括可见光激光器的使用。可见对准激光器被设置在与测距仪激光对准或者利用已知的对准的测距仪模块中。利用这个对准激光器来捕捉对准图像并且测距仪激光器的位置可以根据对准激光器在对准图像中的位置来确定。

在任何情况下，可以使用相机3捕捉一个或多个对准图像，并且根据那些图像，可以可选地利用如上所述的增强技术之一来确定激光测距仪光束在图像中的位置。

基本上与对准图像的捕捉同时地，使用激光测距仪捕捉对准距离。这可以在对准图像正在被捕捉的短时间段内完成。然而，如果该时间段太长，则可能存在该装置的某个明显的移动，这将降低对准处理的精确度。优选地，对准图像和对准距离在小于0.5秒、优选地小于0.1秒的时间段内被捕捉。然而，在其它实施例中，该装置可以被安装在刚性支撑件上，从而消除移动的可能性并且允许可以被使用的更长时间段。

根据激光测距仪光束在对准图像中的位置和到激光测距仪被瞄准于的无论哪个对象的已知距离，在步骤S43中可以确定测距仪光束相对于相机3的方向或偏移。这个可以根据传感器上光束的位置和距离之间的简单关系被确定。传感器上的像素对应于穿过光学中心从该像素延伸的线（或确切地说，由于该像素具有一定的面积，从是对应于立体角）。该距离使得该线上的点能够被识别。激光测距仪方向从测距仪激光穿过该点延伸。

测距仪方向的较低精确度的确定可以在没有距离信息的情况下基于传感器上光束的位置来确定。如果假设测距仪和相机处于同一点处，则传感器上光束的位置与作为测距仪方向的线相关。但是，根据该假设的精确度损失使得该方法不太可取。

相机光学轴与激光测距仪之间的距离也可以被考虑。已知该距离为安装装置和便携式装置和测距仪模块的物理构造的参数。这个信息可以被用于确保显示在显示器4上（正如以下所讨论的）的标记对应于激光测距仪方向（即，平行于激光测距仪方向）。

对准图像可以在离对准目标的单个距离处被捕捉，或者两个或更多组图像可以在离目标的不同距离处被捕捉以提高对准精确度。在两个或更多个图像在不同距离处被捕捉到的情况下，不需要知道相机光学轴与测距仪之间的距离。如果需要的话，可以根据两组对准图像来确定相机光学轴与测距仪之间的距离。

此外，精确度的进一步改进可以被实现如下。许多便携式装置包括自动对焦相机。随着相机的焦距改变，相机的视场也改变。这意味着由每个像素限定的立体角随着焦距而改变。该影响可能导致对准处理的不精确。在一个实施例中，相机可能因此被推动到已知的焦点使得对准过程可以基于已知的像素参数被执行。例如，相机可以推动到超焦距或者到无限远调焦。在任一情况下，像素立体角将被知晓并且可以通过如上所述的处理被用于精确的对准中。相机可以按照需要利用适合于特定的便携式装置2的软件步骤被推动到焦距。

在步骤44中，激光测距仪方向信息被存储在便携式装置2和测距仪模块15中的一个或两者中的存储器中。该信息可以被用于如下面那样调整显示器。

图7示出了将来自相机3的图像显示给用户的显示器4。显示器4包括覆盖标记70，其被显示为与上面确定的激光测距仪方向对准。该标记可以是十字准线或者任何其它合适的标记。因此，用户可使用该标记来将激光测距仪与目标对准。当用户提供捕捉指令时，该仪器使用相机3捕捉图像并且使用激光测距仪16捕捉到目标的距离。

图8示出了可替选的布置，其中标记70被覆盖于显示器4的中心。图像已被移动，使得激光测距仪方向与标记70对准。这要求来自相机视场的样本被显示，从而图像可被平移。

由此，本申请人的发明允许使用便携式装置2的相机和显示器进行激光测距仪的直观和精确瞄准。

返回到图3，在步骤33可以实施中罗盘校准或者对准处理。在图5中详细地示出了该处理。该目的是将罗盘或者取向传感器的任何组合与激光测距仪方向对准。取向传感器可以被设置在便携式装置2中，或者可以在测距仪模块15中。在任一情况下，另一个装置或者模块的出现或者操作可能产生将引起取向传感器的操作中的不精确的磁场。为了限制这个影响，优选地，在其它传感器（例如测距仪、相机等等）休止时并且缺乏诸如电池充电或者相机闪光的操作的强电流情形时操作取向传感器。实质上，仍然可以通过合适的开关装置来实现从所有传感器的同时数据捕捉，例如申请人的美国专利第7,647,197号所描述的，其全部内容通过引用被合并于本文中。

此外，校准例程可以被执行如下。在步骤51中，用户将包括便携式装置和测距仪模块的便携式仪器定位在第一位置并且以第一（例如，竖直）取向来定位。第一位置可以由固定的木制的柱或者任何其它可用的优选地为非磁性的结构来限定。为了精确的校准，这些测量应该在恒定的磁场中（例如，在如公园或者运动场的开放空间中而不是在建筑物中或者在金属材料附近）完成。使用显示器和标记70，用户将该仪器瞄准于第二位置，第二位置可以由某种其它这样的结构、相距适当距离（例如，约10至20码）来限定。优选地，第一位置和第二位置应该是大致相同的高度。用户例如通过按下该仪器上的按钮来提供“捕捉”指令。这使得包括罗盘读数和俯仰的第一组取向参数被捕捉。

在步骤52中，用户将该便携式仪器定位在第一位置但是以第二（例如，水平）取向来定位。用户再次将该仪器瞄准于第二位置并且提供“捕捉”指令，使得包括罗盘读数和俯仰的第二组取向参数被捕捉。

在步骤53中，用户将该便携式仪器定位在第二位置并且以第一取向来定位。用户将仪器瞄准于一位置并且提供“捕捉”指令，使得包括罗盘读数、俯仰和滚转的第三组取向参数被捕捉。

在步骤54中，用户将该便携式仪器定位在第二位置并且以第二取向来定位。用户将该仪器瞄准于第一位置并且提供“捕捉”指令，使得包括罗盘读数、俯仰和滚转的第四组取向参数被捕捉。

这四组取向参数提供关于包括罗盘和倾斜度传感器的取向传感器的信息。通过检查这四组参数之间的传感器读数差异，在步骤55中可以确定用于每个取向传感器的偏移。方位的差异（小于180°）是测距仪方向与罗盘读数之间的角偏移。在没有其它误差的情况下，这对于水平和竖直取向应该是相同的。用于每个读数的俯仰应该是零（水平），从而俯仰的任何偏移可用于抵销倾斜计。

一些智能电话根据它们是否被保持在竖直或者水平中来改变它们的传感取向并且这需要在校准例程中被考虑。

其它罗盘校准例程对于本领域技术人员是可以想到的。可以使用任何合适的校准例程。

在步骤56中，上述偏移被存储在便携式装置2或者测距仪模块15中的存储器中。

现在取向传感器、测距仪和标记全部被对准。

为了提高罗盘性能，陀螺仪和/或加速度计可以被监视，并且它们的数据被用于对照取向传感器输出中的移动而交叉检查。此外，随着位置信息也被收集，取向数据可以对照地球磁场的模型而被交叉检查。在任何情况下，如果在来自取向传感器的数据中存在出乎意料的偏差，用户警告可以被显示和/或出错指示可以被保存在所收集的任何数据内。

该仪器现在准备捕捉精确的数据。数据捕捉处理是图3的步骤34并且更详细地被示出在图6中。在步骤61中，该仪器利用如上讨论被覆盖的标记70将来自相机3的图像显示在显示器4上。在步骤62中，用户瞄准该仪器，使得标记70与目标对准并且在步骤63中，用户发出捕捉指令。在步骤64中，这使得数据从传感器被捕捉。在测距仪模块中所捕捉到的任何数据可以通过到便携式装置的通信链路上来传送。该数据可以包括：来自相机3的图像、来自定位系统10的位置、来自测距仪16的距离以及来自取向传感器11的取向。位置、距离和取向数据使目标的位置被精确地确定。正如到目标的距离和方向，该仪器的位置是已知的，因此可以计算目标位置。在步骤65中，优选地，将该数据关联为包括任何期望的元数据单一的关联数据组来进行存储，如在申请人的美国专利第7,647,197号中所讨论的。

该仪器优选被布置成通过图4、5和6的步骤来指导用户。合适的指令可以被显示在便携式装置2的显示器4上。例如，在激光对准处理的步骤41中，该显示器可以显示用户指令：“激光对准：瞄准于目标以及按下捕捉按钮”。类似的指令可以在对准、校准和数据捕捉过程的其它阶段中被显示。

图9到13示出了另一个实施例。仪器或设备1包括便携式装置2和测距仪模块15。在这种情况下，便携式装置2是具有相机3的智能电话。测距仪模块15具有两个窗口80、81。测距仪光束通过第一窗口80被发射并且从目标反射或者散射的激光信号通过第二窗口81被接收。

图10示出了测距仪模块15并且图11示出了便携式装置2。测距仪模块15的背面82在所组装的设备或仪器1中靠着便携式装置2的背面83。如图11所示，安装支撑件84可以被附接到便携式装置2。安装支撑件84可以使用胶粘剂被贴附。可替选地，安装支撑件可以被成型为符合便携式装置的特定的特征。例如，在一个实施例中，安装支撑件可以被这样地成型：它可以代替电池封闭壳被附接到便携式装置。安装支撑件可以被成型为配合特定的便携式装置的任何合适的物理要素。

安装支撑件84可以包括板85。测距仪模块包括具有与板85配合以将测距仪模块15对准于便携式装置2上的期望位置的形状的凹部86。更一般地，配合的突出部和凹部的任何装置可以用于将测距仪模块15对准于便携式装置2上的期望位置。

在优选实施例中，配合的突出部和凹部以充分精确的方式来对准测距仪模块和便携式装置：按照例如上面描述的那些对准过程，测距仪模块可以从便携式装置被移除并且不需要重新对准处理而被再附接。

安装支撑件84还可以包括可以是成型凹部的锁定构造87。在图11的实施例中，锁定构造87是具有中心孔和和从中心孔延伸的一对凸角的成型凹部。这个形状与在测距仪模块15上的锁定机构90配合。锁定机构90包括具有从轴91延伸的一对柄92的中心轴91。该锁定机构可以在如图10所示的该柄水平地延伸的锁定位置与该柄竖直地延伸的开启位置之间被转动。

锁定机构可以包括允许用户在测距仪模块被置于便携式装置2上时转动轴91的锁定致动器93（图9）。因此用户可以利用处于非锁定位置的锁定机构定位便携式装置上的测距仪模块，然后将锁定机构转动至锁定位置。在示出的实施例中，锁定致动器是以利用小硬币等可以被转动的类似有槽螺钉布置的形式。然而，可以使用包括任何合适的小的闩锁、杆、旋钮等的各种布置。

如图12和13所示，测距仪模块15包括可以是标准AAA或者AA电池的电池22。测距仪模块包括由两个反射器95，96形成的反射器装置18。测距仪模块包括激光发射器97，该激光发射器97将激光束朝向第一反射器95投射，在第一反射器95处该光束被重定向为经由第一窗口80离开测距仪模块。

测距仪模块还包括激光接收器99，该激光接收器99测量从目标被反射或散射、通过第二窗口81被接收并通过反射器96被重定向朝着激光接收器99的激光。

两个反射器95、96的使用（一个用于发射器和接收器中的每个）有助于提供接收器和发射器的光隔离，即限制通过错误的光路被传输到接收器的寄生信号的探测。

图12以虚线示出了激光发射器97的光路97'。它还示出了激光接收器99的光路99'（通过表示它的宽度的两根线99'来标记）。激光路径由反射器装置18重定向以与相机3的光学轴基本上对准，更精确的对准通过上面所讨论的机构来实现。

激光发射器97和激光接收器99可以分别被安装在激光发射器印刷电路板97'和激光接收器印刷电路板99'上（图13）。

测距仪模块15还可以包括根据需要被配置有一个或多个处理器、存储器等的主印刷电路板100（图12）以控制测距仪模块的操作。

优选地，申请人的测距仪模块将反射器95、96定位成接近相机光学轴，以便尽可能远地但是不明显地突入到相机视场中来将可看见的测距仪源与相机光学轴对准。由于通常测距仪模块的平面形状的小的轮廓，所以这个是可能的。不同形状的模块可以突入至相机视场里，或者更大程度地突入。

正如可以在图12中最清楚地看出，测距仪模块的顶部表面101可以被转向远离相机的光学轴，以限制它突入到相机视场里。在图9到图13的实施例中，便携式装置是大致扁平本体的（正如大多数当前的智能电话）。扁平本体的装置基本上处在一平面内（由图12中的虚线104表示）。在图12中示出的装置中，激光测距仪可以被定位在激光测距仪模块内，使得激光束在被重定向之前在与大致扁平本体的便携式装置的平面104基本上平行的平面内发射。

在图9到13的实施例中，测距仪模块15仅仅包括激光测距需要的部件。在这个实施例中的便携式装置2包括GPS和取向传感器。然而，在这个实施例的变形例中，测距仪模块15可以包括例如GPS和取向传感器的进一步的传感器。通常，以上讨论的任何布置可以被用于这个实施例的变形例中。

激光发射器可以是安装到合适的印刷电路板（PCB）的市场上买得到的光电二极管激光器。激光发射器可以是安装到合适的PCB的市场上买得到的雪崩光电二极管（APD）接收器。

申请人的测距仪模块易于被安装到包括便携式GPS单元等的例如智能电话（例如iPhone、黑莓等）或者具有相机的任何合适的装置的标准消费电子装置。这使得在专用仪器上成本降低，因为许多用户已具有这种装置或者许多用户能够为了它提供的其它功能来证明这种装置的成本是正当的。

然而，申请人的测距仪模块决不仅仅是现有装置的附加部。测距仪模块和便携式装置的有效集成通过有效的安装装置和优良的对准和校准过程来被实现。这允许该仪器以可访问的和成本有效的方式来提供非常精确的数据。该仪器能够连同目标的精确位置一起提供目标的图像。数据优选可以从远程的位置（例如离该目标的高达1000公尺或者1100码周围）被捕捉。

包括便携式装置和测距仪模块的该仪器是手持式和便携式的。因此它可以便利地被携带和使用。

用于指示便携式装置和/或测距仪模块来执行上述方法的计算机指令可以被存储在包括硬驱动、闪速存储器、光存储器装置、光盘或者任何其它合适的介质的任何合适的计算机可读介质上。

虽然本发明已通过它的实施例的说明被示出，并且虽然实施例已被详细地说明，但是申请人没有意向将附加的权利要求的范围约束或者以任何方式限制到这种细节。对于本领域技术人员，附加的优点和变形例是易于出现的。因此，在它的宽泛的方面中的本发明不限于特定的细节、代表性的装置和方法以及所示出和说明的示例。因此，在不超出申请人的总的发明构思的精神或者范围的情况下可以根据这样的细节来做出变更。

Claims (28)

1.一种数据捕捉方法，包括：

a）将测距仪模块安装到便携式装置，所述测距仪模块包括发射和检测测距仪光束的激光测距仪并且所述便携式装置包括相机和显示器，使得在安装好的状态下所述激光测距仪和相机彼此呈固定的关系；

b）通过以下步骤来确定所述激光测距仪的方向：

i．使用所述相机捕捉一个或多个对准图像；

ii．根据所述一个或多个图像来确定所述测距仪光束在所述一个或多个图像中的位置；以及

iii．根据所述位置来确定相对于所述相机的激光测距仪方向；以及

c）通过以下步骤来捕捉数据：

i．将来自所述相机的图像显示在具有标记的所述显示器上，所述标记和所确定的激光测距仪方向被对准为使得所述设备被布置成：由用户通过将所述标记与目标对准来将所述设备指向所述目标；以及

ii．基本上同时地使用所述相机捕捉包括所述目标的图像和使用所述激光测距仪捕捉到所述目标的距离。

2.根据权利要求1所述的方法，包括：与所述一个或多个对准图像基本上同时地、使用所述激光测距仪捕捉对准距离，所述激光测距仪方向是根据所述位置和对准距离来确定的。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测距仪光束是红外激光束并且所述相机对可见光和红外光敏感。

4.根据权利要求3所述的方法，包括：通过减少进入所述相机的可见光的量来增强所述测距仪光束的检测。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述减少进入所述相机的可见光的量的步骤包括：将红外通过可见阻挡滤光器暂时地定位在所述相机的前方。

6.根据权利要求3所述的方法，包括投射与所述测距仪光束有已知关系的可见激光束，所述根据所述一个或多个图像来确定所述测距仪光束在所述一个或多个图像中的位置的步骤包括：确定所述可见激光束的位置并且基于所述可见激光束的位置和所述已知关系来确定所述测距仪光束的位置。

7.根据权利要求3所述的方法，其中，所述根据所述一个或多个图像来确定所述测距仪光束在所述一个或多个图像中的位置的步骤包括：减去可见背景以增强所述红外激光测距仪光束的检测。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述背景是根据由所述相机在没有所述激光测距仪光束的情况下捕捉到的第一图像来确定的。

9.根据权利要求3所述的方法，包括：对于所述相机所捕捉到的每个帧检测所述激光测距仪光束的多个脉冲以增强所述红外激光测距仪光束的检测。

10.根据权利要求3所述的方法，包括：在多个相机帧上积累数据以增强所述红外激光测距仪光束的检测。

11.根据权利要求3所述的方法，包括：提供至少部分地由将红外光转换成可见光的材料形成的目标，所述对准图像中的至少一个是利用与所述目标对准的所述激光测距仪来捕捉到的，并且根据所述一个或多个图像来确定所述测距仪光束在所述一个或多个图像中的位置包括：检测由所述目标材料发射的所述可见光。

12.根据权利要求1所述的方法，包括：在黑暗空间中执行所述基本上同时地使用所述相机捕捉一个或多个对准图像和使用所述激光测距仪捕捉对准距离的步骤。

13.根据权利要求1所述的方法，包括：在不同的距离处执行所述基本上同时地使用所述相机捕捉一个或多个对准图像和使用所述激光测距仪捕捉对准距离的步骤两次或更多次。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述标记与所确定的激光测距仪方向通过以下步骤中的任一个来对准：与所确定的激光测距仪方向对准地显示标记而无论该方向是否偏离显示器中心；或者在所述显示器中心处显示标记并且对准所显示的图像以将所述激光测距仪方向带到所述显示器中心。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测距仪模块或所述便携式装置包括定位系统和一个或多个取向传感器；所述捕捉数据的步骤包括：使用所述定位系统捕捉所述测距仪模块或便携式装置的位置并且与所述图像和距离的捕捉基本上同时地使用所述取向传感器捕捉所述测距仪模块或便携式装置的取向。

16.根据权利要求15所述的方法，包括：在捕捉数据之前，将所述一个或多个取向传感器与所述激光测距仪方向对准。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，对准所述取向传感器包括：

a）利用处于第一位置和第一取向的所述便携式设备、当将所述便携式设备瞄准于第二位置时捕捉第一组取向参数；

b）利用处于所述第一位置和第二取向的所述便携式设备、当将所述便携式设备瞄准于所述第二位置时捕捉第二组取向参数；

c）利用处于所述第二位置和所述第一取向的所述便携式设备、当将所述便携式设备瞄准于所述第一位置时捕捉第三组取向参数；

d）利用处于所述第二位置和所述第二取向的所述便携式设备、当将所述便携式设备瞄准于所述第一位置时捕捉第四组取向参数；

e）根据所述四组取向参数之间的差异来确定用于所述一个或多个取向传感器的一个或多个偏移。

18.根据权利要求1所述的方法，包括：将来自所述测距仪模块的所捕捉到的数据传送到所述便携式装置。

19.在一种测量设备中，包括：

i．便携式装置，包括：

a．相机；

b．显示器；

c．处理器；以及

d．存储器；以及

ii．测距仪模块，包括：

发射测距仪光束的激光测距仪；以及

iii．安装装置，用于将所述测距仪模块安装到所述便携式装置，使得在安装好的状态下所述激光测距仪和相机彼此呈固定的关系；

所述设备被配置成实施所述便携式装置与所述测距仪模块之间的有线或无线通信链路；

一种方法，包括：

i．通过以下步骤来确定所述激光测距仪的方向：

i．使用所述相机捕捉一个或多个对准图像；

ii．根据所述一个或多个图像来确定所述测距仪光束在所述一个或多个图像中的位置；以及

iii．根据所述位置来确定相对于所述相机的激光测距仪方向；以及

ii．通过以下步骤来捕捉数据：

i．将来自所述相机的图像显示在具有标记的所述显示器上，所述标记和所确定的激光测距仪方向被对准为使得所述设备被布置成：由用户通过将所述标记与目标对准来将所述设备指向所述目标；以及

ii．基本上同时地使用所述相机捕捉包括所述目标的图像和使用所述激光测距仪捕捉到所述目标的距离。

20.一种在其上已编码有计算机可读指令的计算机可读介质，当在具有附接的激光测距仪模块的包括处理器、相机和显示器的便携式装置上执行所述计算机可读指令时，所述计算机可读指令被布置成：

i）响应于对准捕捉指令的检测而使得：

a）使用所述相机捕捉一个或多个对准图像；

b）所述处理器根据所述一个或多个图像来确定所述测距仪光束在所述一个或多个图像中的位置；以及

c）所述处理器根据所述位置来确定相对于所述相机的激光测距仪方向；以及

ii）使得标记和所确定的激光测距仪方向被对准为使得所述设备被布置成：由用户通过将所述标记与目标对准来将所述设备指向所述目标；以及

iii）响应于数据捕捉指令而使得：

a）基本上同时地使用所述相机捕捉包括所述目标的图像和使用所述激光测距仪捕捉到所述目标的距离。

21.一种对准便携式设备中的相机和一个或多个取向传感器的方法，包括：

a）利用处于第一位置和第一取向的所述便携式设备、当将所述便携式设备瞄准于第二位置时捕捉第一组取向参数；

b）利用处于所述第一位置和第二取向的所述便携式设备、当将所述便携式设备瞄准于所述第二位置时捕捉第二组取向参数；

c）利用处于所述第二位置和所述第一取向的所述便携式设备、当将所述便携式设备瞄准于所述第一位置时捕捉第三组取向参数；

d）利用处于所述第二位置和所述第二取向的所述便携式设备、当将所述便携式设备瞄准于所述第一位置时捕捉第四组取向参数；

e）根据所述四组取向参数之间的差异来确定用于所述一个或多个取向传感器的一个或多个偏移。

22.根据权利要求20所述的方法，包括：将所述一个或多个偏移存储在存储器中。

23.根据权利要求20所述的方法，包括：在所述便携式设备的显示器上显示标记，所述标记被覆盖在来自所述相机的图像上，其中，瞄准所述便携式设备涉及将所述标记与所述第一位置或第二位置对准。

24.一种被配置用于附接到包括具有光学轴的相机的便携式装置的激光测距仪模块，所述模块包括：

激光测距仪，其被基本上对准于测距仪轴上；以及

一个或多个光学元件，其被定位成将光重定向，以便当所述激光测距仪模块被安装在便携式装置上时将所述测距仪轴与相机光学轴基本上对准。

25.根据权利要求24所述的激光测距仪模块，包括被配置成将所述激光测距仪模块安装到便携式装置的安装装置。

26.根据权利要求24所述的激光测距仪模块，其中，所述一个或多个光学元件包括将光重定向基本上90°的一个或多个反射器。

27.根据权利要求24所述的激光测距仪模块，其中，所述激光测距仪被定位在所述激光测距仪模块内，使得当所述模块被安装在大致扁平本体的便携式装置上时，所述激光束在被重定向之前在与该便携式装置的平面基本上平行的平面内发射。

28.一种手持式测量仪器，包括：

i．便携式装置，包括：

a．相机；

b．显示器；

c．处理器；以及

d．存储器；以及

ii．根据权利要求24所述的激光测距仪模块。

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