CN105190235A - 以六自由度跟踪的结构光扫描仪的补偿 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于确定物体的表面上的点的三维坐标的方法。该方法包括设置结构光扫描仪和坐标测量装置。坐标测量装置在操作期间跟踪结构光扫描仪的定位和取向。将定位数据和取向数据与由扫描仪捕获的图像帧进行组合，以使得图像帧能够相对于彼此配准。然后，可以在坐标测量装置的参照系中确定物体的表面上的点的三维坐标。

Description

以六自由度跟踪的结构光扫描仪的补偿

背景技术

本文所公开的主题涉及一种用于获取物体的表面上的点的三维坐标的系统和方法，并且特别地，涉及一种用于结合扫描仪装置来操作激光跟踪仪以在操作期间跟踪扫描仪装置的位置和取向的系统和方法。

可以已知的是，使用各种测量装置来获取物体或环境的三维坐标。环境被定义为测量装置的范围内的物体表面的集合。一种类型的测量装置为将光束例如激光束导向要测量的回射器目标的飞行时间系统例如激光跟踪仪。在实施方式中，使用绝对距离测量仪以基于光传播到目标并返回所用的时间长度来确定从跟踪仪到回射器目标的距离。通过将回射器目标放置成与物体表面接触，可以确定物体表面的坐标。激光跟踪仪通过使用电动机使两个轴旋转在选择的方向上引导光束。使用角度传感器例如角度编码器来测量两个轴的旋转角度。通过测量一个距离和两个角度，激光跟踪仪可以确定回射器目标的三维(3D)坐标。一些激光跟踪仪另外具有测量目标的取向的能力，从而提供六自由度(6DOF)的测量。

飞行时间测量装置的替选为基于三角测量原理来确定3D坐标的扫描系统。使用飞行时间距离测量仪的系统例如激光跟踪仪在一些情况下比三角测量扫描仪更准确，但是因为三角测量扫描仪在每个时间瞬间将多个光斑投影到表面上，所以三角测量扫描仪可以更快。

三角测量扫描仪将光线(例如来自激光线探头的光)或光在区域上的图案(例如结构光)投影到表面上。在系统中，摄像机以固定的机械关系耦接至投影机。从投影机发射的投影光图案被表面反射并且通过摄像机成像。因为以固定的关系布置摄像机和投影机，所以根据三角测量原理，可以由投影图案、捕获的摄像机图像以及分隔投影机和摄像机的基线距离来确定到物体的距离和角度。三角测量系统在快速获取较大区域上的3D坐标数据方面提供了优势。

在一些系统中，在扫描过程期间，扫描仪获取一系列3D图像，所述一系列3D图像可以相对于彼此配准以使得每个3D图像相对于其他3D图像的位置和取向是已知的。如果扫描仪为固定的，则这样的配准不是必需的。类似地，如果扫描仪被附接至能够测量扫描仪的位置和取向的机械装置，则不需要提供这样的配准。这样的机械装置的示例包括关节臂CMM和笛卡尔CMM。当扫描仪为手持式的并因此可移动时，可以使用各种技术来配准图像。一个常用技术使用图像的特征来匹配相邻图像帧的交叠区域。当被测量的物体具有与扫描仪的视场有关的许多特征时，该技术效果良好。然而，如果物体包含相对大的平面或弯曲的表面，则图像可能不能够相对于彼此正确地配准。

因此，虽然现有的坐标测量装置适于其预期目的，但仍然需要改进，特别地，在对由扫描仪装置获取的图像的配准方面需要改进。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了一种使用坐标测量装置和便携式结构光扫描仪装置来确定物体的表面上的点的坐标的方法。该方法包括设置结构光扫描仪，结构光扫描仪具有主体、耦接至主体的第一摄像机和第一投影机，其中，第一摄像机被配置成接收从物体表面反射的光。结构光扫描仪包括从主体的第一侧延伸的探头以及耦接至主体的第二侧的六自由度回射器。结构光扫描仪还具有被配置成确定物体表面上的点在扫描仪参照系中的坐标的第一处理器。设置了坐标测量装置。坐标测量装置被配置成测量平动坐标集和取向坐标集，平动集是结构光扫描仪在装置参照系中的三个平动自由度的值，而取向集是结构光扫描仪在该装置参照系中的三个取向自由度的值。平动集和取向集定义结构光扫描仪在空间中的位置和取向，坐标测量装置被配置成将第一光束发送到回射器并且被配置成接收来自回射器的第二光束，第二光束是第一光束的一部分，坐标测量装置包括装置处理器。该装置处理器被配置成确定取向集和平动集，平动集至少部分地基于第二光束。设置具有被配置成接纳探头的部分的固定装置。探头被放置在所述部分上。在保持探头与所述部分接触并且跟踪六自由度回射器的坐标和取向的同时，以预定模式移动结构光扫描仪探头。响应于结构光扫描仪的移动针对该结构光扫描仪来确定平动坐标集和取向坐标集。

根据本发明的另一方面，提供了一种方法。该方法包括设置结构光扫描仪，该结构光扫描仪具有彼此以固定关系布置的第一摄像机和第一投影机，结构光扫描仪被配置成获取物体的多个图像，结构光扫描仪具有与第一摄像机和第一投影机以固定关系布置的六自由度回射器。设置坐标测量装置，该坐标测量装置具有彼此以固定关系布置的光源和第二摄像机，坐标测量装置被配置成至少部分地基于平动坐标集和取向坐标集来确定结构光扫描仪的定位和取向。平动集是结构光扫描仪在装置参照系中的三个平动自由度的值，而取向集是结构光扫描仪在该装置参照系中的三个取向自由度的值。使用结构光扫描仪扫描物体，并且获得至少第一图像帧和第二图像帧。使用坐标测量装置跟踪六自由度回射器，以确定取向坐标集和平动坐标集。至少部分地基于第一图像帧、第二图像帧、取向坐标集以及平动坐标集在装置参照系中确定物体的表面上的多个点的坐标。

结合附图，根据以下描述，这些优势和特征以及其他优势和特征将变得更明显。

附图说明

在本说明书的结尾部分处的权利要求书中特别指出并且明确要求保护被认为是发明的主题。结合附图，根据以下详细描述，本发明的前述特征和其他特征以及优势是明显的，在附图中：

图1为根据本发明的实施方式的测量物体的系统的透视图；

图2为在固定装置中的扫描仪探头构件的局部透视图；

图3为具有扫描物体的扫描仪装置的图1的系统的局部透视图；

图4为根据本发明的实施方式的确定物体的表面上的点的三维坐标的方法的流程图；以及

图5为根据本发明的另一实施方式的确定物体的表面上的点的三维坐标的方法的流程图。

该详细描述参考附图以举例的方式说明了本发明的实施方式以及优势和特征。

具体实施方式

本发明的实施方式在由扫描仪装置获取的图像的配准方面提供了优势。本发明的实施方式还在使用坐标测量装置例如激光跟踪仪装置跟踪手持式扫描仪装置方面提供了另外的优势。此外，本发明的另外的实施方式还在校准/补偿被激光跟踪装置跟踪的扫描仪装置方面提供了优势。

参考图1至图3，示出了用于测量物体22的三维坐标的系统20。该系统包括第一坐标测量装置，例如与第二坐标测量装置例如扫描仪26协作的激光跟踪仪24。激光跟踪仪24可以是例如于2010年8月3日提交的共有美国专利8,659,749或者于2012年4月23日提交的美国专利公开2013/0155386中所描述的装置。

激光跟踪仪24包括距离测量仪以及发射光例如激光的投影机。投影机和距离测量仪被配置成经由光孔30发射和接收光28。距离测量仪可以是使激光跟踪仪24能够光学地测量激光跟踪仪24与协作目标例如回射器之间的距离的绝对距离测量仪组件。

六自由度(6DOF)激光跟踪仪24可以包括电动机、角度编码器以及位置检测器，位置检测器使激光跟踪仪24能够在6DOF回射器目标穿过空间时跟踪6DOF回射器目标的位置。6DOF回射器目标为可以由6DOF激光跟踪仪在6DOF中测量的回射器目标。换言之，6DOF跟踪仪能够在跟踪仪参照系63中确定目标的三个平动坐标(“位置”)并且也能够确定三个取向自由度。例如，三个平动自由度可以为x、y、z，而三个取向自由度可以为俯仰角度、滚转角度以及横摆角度。在激光跟踪仪24内设置具有处理器的控制器32，该处理器被配置成至少部分地基于到回射器的距离和来自角度编码器的信号来确定回射器的三维坐标。控制器32还可以具有附加电路，包括但不限于使激光跟踪仪23能够经由有线或无线通信介质35与扫描仪26或计算机33通信的通信电路。

另外，6DOF跟踪仪具有测量目标的取向的能力。一种用于测量回射器目标的取向的方法是在立方隅角回射器的三个平面反射器的相交接合部分(线)中的每个相交接合部分上形成非反射部，然后在激光跟踪仪(未示出)中的可变焦摄像机上捕获这些“黑色”线的图像。在共同转让的美国专利公开第2012/0206808号中描述了具有非反射相交线的6DOF回射器。

6DOF跟踪仪的另一示例为除包括回射器目标之外还包括光点的6DOF跟踪仪。通过使用至少三个非共线的光点，可以通过使用定位在激光跟踪仪24上的摄像机对光点进行成像来确定目标的取向。第三类型的6DOF跟踪仪为下述6DOF跟踪仪，其移除了立方隅角回射器的共同顶点的一部分，从而使来自激光跟踪仪的光的一部分能够穿过回射器并照射到在立方隅角后面的检测器上。检测器为确定照射到其上的光的位置的类型。例如，检测器可以为光敏阵列或位置敏感检测器。通过记录光在检测器上的位置，可以确定6DOF目标的俯仰角度和横摆角度。

可以考虑上文中所描述的6DOF目标中的任何目标来构成6DOF组件16，6DOF组件16在图1中被表示为具有组件参照系12的6DOF回射器48。然而，图1的装置48表示任何适当的6DOF组件16。6DOF组件16包括回射器48，但是另外可以包括与6DOF激光跟踪仪24协作地提供6DOF组件的位置和取向的任何元件。6DOF组件16例如可以使用三个或更多个非共线的光点，或者6DOF组件16可以包括位于如上文中所述的其顶点的一部分被移除的立方隅角回射器后面的检测器。

在示例性实施方式中，扫描仪26为结构光扫描仪。如本文中所定义的，结构光扫描仪为在区域上对光图案进行投影的扫描仪。结构光扫描仪不同于对光线(也被称为“条纹”)进行投影的扫描仪或者扫描光斑的扫描仪。通常，光线可能不是绝对的直线，但是至少接近于直线。因此结构光扫描仪被认为是以下类型的扫描仪，该扫描仪当在垂直于投影方向的平面中观察点时对具有至少三个非共线的点的光进行投影。

如图3所示，扫描仪26首先使用投影机36将结构光图案34发射到物体22的表面38上。结构光图案34可以包括由JasonGeng在SPIE会议录(theProceedingsofSPIE)第7932卷中所发表的期刊论文“基于DLP的结构光3D成像技术和应用(DLP-BasedStructuredLight3DImagingTechnologiesandApplications)”中公开的图案。来自投影机36的光34从表面38反射，并且反射光40由摄像机42接收。应理解的是，当由摄像机42来捕获图案的图像时，表面38中的变化造成结构图案的失真。因为图案由结构光形成，所以在一些情况下控制器45可以确定由投影机发送的图案与由摄像机内的光敏阵列接收的图像之间的一一对应关系。

确定投影图案与对应摄像机之间的对应关系使得能够使用三角测量原理来确定其图像由摄像机42中的光传感器或光敏阵列捕获的3D物体的坐标。表面38的三维坐标的集合有时被称为点云。通过使扫描仪26在表面38的上方移动，可以创建整个物体22的点云。通常在扫描仪26的局域参照系10中确定测量点的3D坐标。

扫描仪26还包括具有手柄46的主体44，手柄46使操作者能够携带和操作扫描仪26。在示例性实施方式中，六自由度回射器48沿上表面耦接至主体44。回射器48可以类似于于2012年2月10日提交的共有美国专利申请公开2012/0206808或者于2012年4月11日提交的美国专利申请公开2012/0262550中所描述的回射器。在一个实施方式中，回射器48耦接至插孔(nest)50。插孔50可以是磁性插孔，或者可以包括在操作期间将回射器48保持在适当位置的夹持装置。在又一实施方式中，一个或更多个回射器48被集成到主体44中。

扫描仪26还包括探头构件52。在示例性实施方式中，探头构件52包括轴部54以及具有预定直径的球形表面的端部构件56。探头构件52耦接至主体44，并且与回射器48具有预定的固定几何关系。应理解的是，尽管本文中的实施方式将探头构件52示出为被定位在扫描仪26的下前部，但这是出于示例性的目的并且所要求保护的本发明不应被如此限制。在其他实施方式中，探头构件52可以被定位在扫描仪26的其他部分例如下表面上。

由于扫描仪26包括回射器48，因此激光跟踪仪24可以在扫描过程期间跟踪并记录扫描仪26的位置。如将在下面更详细地讨论的，对扫描仪26进行跟踪有助于由扫描仪26获取的图像的配准，并且在使得物体22的无特征区域能够配准方面提供了优势。

在激光跟踪仪24跟踪扫描仪26之前，需要对扫描仪26进行校准或补偿，以使得回射器48的取向和扫描仪26的取向为激光跟踪仪24所知。在示例性实施方式中，向激光跟踪仪24校准扫描仪26通过使用固定装置58来执行(图2)。固定装置58是具有为激光跟踪仪24所知的预定几何构型的装置。在一个实施方式中，固定装置58包括具有圆锥形或截头圆锥形表面62的凹部60，圆锥形或截头圆锥形表面62具有例如60度至120度的预定内角。在另一实施方式中，固定装置58包括被放置在圆形上并且彼此隔开120度的三个球面。

为了向激光跟踪仪24校准或补偿扫描仪26，启动通过校准过程来指导操作者的校准例程。针对操作者的用户接口可以被定位在例如扫描仪26、激光跟踪仪24上或定位在远程计算机33上。在一个实施方式中，校准过程向操作者示出类似于例如图2中所示的固定装置58中的探头构件52的图形表示。然后，指示操作者在保持球形端部构件56与表面62接触的同时以预定模式移动扫描仪26。在示例性实施方式中，预定模式包括：首先使扫描仪26在如箭头58、61、65所示的三个方向上绕球形端部构件56枢转(pivoting)。在一个实施方式中，方向58与方向61相隔90度，并且方向61与方向65相隔90度。其次，使扫描仪26如箭头69所示的绕轴64旋转或回转。

当扫描仪26枢转和旋转时，激光跟踪仪24确定关于回射器48以预定模式移动中的每次移动的位置和取向的信息。对于每次移动，已知的是，球形端部构件56处于与表面62接触的固定位置。通过数学地分析多次测量，可以确定六自由度回射器48相对于扫描仪46的取向和位置。通常通过最小二乘极小化的方法来解决这样的问题的一般方法被称为最佳拟合解决方案。当完成校准过程时，激光跟踪仪24能够测量关于扫描仪26相对于激光跟踪仪局域参照系63的定位和取向的信息。

现在给出用来基于跟踪仪和扫描仪的读数来获得物体22的表面38的3D坐标的方法的更完整的描述。6DOF跟踪仪24测量包括在6DOF组件16中的回射器48的三个平动自由度。这三个平动自由度给出了6DOF组件16在参考点处的位置，参考点可以是立方隅角回射器的顶点，或者可以是具有相对于回射器的已知位置的另一点。三个平动自由度可以是例如由跟踪仪在跟踪仪参照系63中确定的坐标x、y、z。另外，6DOF跟踪仪24测量6DOF组件16的三个取向自由度。如上文中说明的，存在许多确定取向自由度的方法。三个取向自由度可以是例如俯仰角度、滚转角度以及横摆角度。三个取向自由度针对具有组件参照系12的6DOF组件16；然而，三个取向自由度由跟踪仪在跟踪仪参照系63中确定。换言之，组件参照系12相对于扫描仪26可以具有各种取向，并且扫描仪26可以相对于跟踪仪移动至各种取向。因此第一步骤确定6DOF组件相对于跟踪仪的三个平动自由度和三个取向自由度。换言之，第一步骤确定6DOF组件参照系12相对于跟踪仪参照系63的三个平动自由度和三个取向自由度。

第二步骤为确定扫描仪参照系10相对于6DOF组件参照系12的相对位置和相对取向。扫描仪参照系可以相对于扫描仪26的主体44来定义，主体44保持投影机36和摄像机42，投影机和摄像机相对于主体44被固定。球形端部构件56具有相对于主体44、投影机36以及摄像机42已知的位置。这两个参照系10和参照系12在进行表面38的测量时相对于彼此是固定的。一种用于至少部分地确定参照系10与参照系12之间的关系的方法为将球形端部构件56放置于插孔中，插孔可以具有例如圆锥形表面。如上文中所说明的，多个收集的3D坐标至少部分地提供了确定扫描仪参照系10相对于6DOF组件参照系12的平动自由度和取向自由度所需要的信息。激光跟踪仪24测量回射器48的位置，回射器48的位置相对于扫描仪26在6DOF中是不变的。球形端部构件56在相对于扫描仪26的位置和取向上也是不变的。因此扫描仪摄像机42和投影机36相对于回射器48和球形端部构件56是固定的。通过使用激光扫描仪24测量6DOF组件16的多个位置和多个取向，可以在一个自由度中得到参照系10与参照系12之间的关系，该一个自由度为6DOF组件16绕连接回射器参考点与球形端部构件56的轴的旋转角度。如本领域中为人熟知的，数学上，可以使用转换矩阵将测量值从一个参照系转换到另一个参照系。

第三步骤为至少部分地基于由投影机36发送的光图案、由摄像机42内的光敏阵列接收的图像以及摄像机与投影机之间的基线距离(未示出)来确定表面38上的点的3D坐标。

通过将由扫描仪26进行的表面38的3D点测量与由激光跟踪仪24进行的6DOF组件16的测量进行组合，并且还考虑参照系10、参照系12以及参照系63之间的转换关系，可以在跟踪仪参照系63中确定表面38上的点的3D坐标。

现在参考图3至图4，示出了操作激光跟踪仪24和扫描仪26的过程67以用于获得物体22的表面38上的点的三维坐标。在操作扫描仪26之前，在块64中执行如上文所述的向激光跟踪仪24校准扫描仪26。当操作扫描仪26时，来自激光跟踪仪24的光28被回射器48反射，使得扫描仪26的定位和取向为激光跟踪仪24所知。当操作扫描仪26时，结构光图案从投影机36中发射、被表面38反射、并且被摄像机42捕获。在示例性实施方式中，摄像机42以每秒15至30帧的速率捕获图像帧。连续的图像帧66、图像帧68、图像帧70中的每个图像帧在图3中被示出为圆形，然而，图像帧66、图像帧68、图像帧70还可以是其他形状例如正方形或长方形。

由于摄像机42的相对高的帧速率，在图像帧之间可能存在由交叉阴影线区域72、74表示的交叠区域。交叠的量将取决于操作者移动扫描仪26的速度。在现有技术的系统中，物体22的位于交叠区域中的特征使图像帧能够相对于彼此配准。然而，当测量平面或其他无特征表面时，配准变得更困难，并且在现有技术的系统中存在测量偏移的趋势，或者表面变成“土豆片”形状的趋势。本发明的实施方式由于当捕获每个图像帧66、68、70时激光跟踪仪24记录扫描仪26的定位和取向而提供了优势。因此，帧66、68、70的配准允许各个帧相对于彼此的精确定位而不依赖于物体22的特征。还应理解的是，这也在相邻图像帧之间不存在交叠的情况下使图像帧能够配准方面提供了优势。

在块64中对扫描仪26进行校准之后，在块76中扫描仪26扫描表面38以获取与投影图案66对应的图像帧，同时激光跟踪仪24记录扫描仪26的定位和取向。过程67进行到块78，在块78中第二帧68连同扫描仪26的位置和取向一起被捕获。该过程继续进行，直到在块80中摄像机42捕获第N帧。然后，过程67继续进行，以在块82中通过使用由激光跟踪仪24测量并记录的定位信息和位置信息将相邻帧相对于彼此进行匹配来配准图像帧。然后，可以在块84中确定物体22的表面上的点的坐标。在示例性实施方式中，相对于跟踪仪参照系63确定点的坐标。

现在参考图3和图5，示出了操作激光跟踪仪24和扫描仪26的方法86的另一实施方式以用于获得物体22的表面38上的点的三维坐标。在该实施方式中，如上文中所述的，在块88中向激光跟踪仪24校准扫描仪26。在激光跟踪仪24跟踪扫描仪26的位置和取向的情况下，操作扫描仪26扫描物体22的表面38。在块90中，扫描仪26获取第一帧66。然后，方法86在块92中确定在确定第一帧66的捕获时扫描仪26的定位和取向。过程86继续捕获图像帧并记录扫描仪26的定位和取向，直到分别在块94中捕获第N个图像帧并且在块96中记录扫描仪26的最终定位和取向为止。在块98中，在跟踪仪参照系63中使图像帧彼此配准。然后，过程86继续进行，以在块100中确定交叠区域72、74。在一个实施方式中，然后，过程86进行到块102，在块102中消除交叠区域72、74中点的重复或基本重复的数据，以减小坐标数据的大小。

应理解的是，配准帧和确定物体的表面上的点的坐标的过程可以由激光跟踪仪24、扫描仪26、计算机33或前述的组合来执行。

本发明的实施方式的技术效果和益处包括使用另一坐标测量装置例如激光跟踪仪来跟踪扫描仪，以使得能够对由扫描仪获取的图像帧进行配准。可以在无需参考被扫描的物体上的特征或周围环境的情况下执行图像的配准。还可以在连续图像帧中不存在交叠区域的情况下执行该图像的配准。

本文参考根据本发明的实施方式的方法、设备(系统)以及计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各方面。应理解的是，可以通过计算机可读程序指令来实现流程图和/或框图中的每个块以及流程图和/或框图中的块的组合。

这些计算机可读程序指令可以被提供给通用计算机的处理器、专用计算机的处理器或其他可编程数据处理设备的处理器以产生机器，使得经由计算机的处理器或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建用于实现流程图和/或框图的一个或更多个块中指定的功能/动作的手段。这些计算机可读程序指令还可以被存储在计算机可读存储介质中，该计算机可读存储介质可以引导计算机、可编程数据处理设备和/或其他设备以特定的方式运行，使得存储有指令的计算机可读存储介质包括一种制品，该制品包括实现流程图和/或框图的一个或更多个块中指定的功能/动作的方面的指令。

计算机可读程序指令还可以被加载到计算机、其他可编程数据处理设备或其他装置上，以使得要在计算机、其他可编程数据处理设备或其他装置上执行的一系列操作步骤能够产生计算机实现的过程，使得在计算机、其他可编程数据处理设备或其他装置上执行的指令实现流程图和/或框图的一个或更多个块中指定的功能/动作。

附图中的流程图和框图示出了根据本发明的各种实施方式的系统、方法以及计算机程序产品的可能实现的架构、功能以及操作。在这方面，流程图或框图中的每个块可以表示模块、段或包括用于实现指定逻辑功能的一个或更多个可执行指令的部分指令。在一些替选实现中，在块中记录的功能可以不按附图中记录的顺序发生。例如，事实上，取决于所涉及的功能，可以基本同时执行连续示出的两个块，或者有时可以以相反的顺序执行所述块。还应注意的是，可以通过执行指定的功能或动作或执行专用硬件和计算机指令的组合的基于硬件的专用系统来实现框图和/或流程图中的每个块以及框图和/或流程图中的块的组合。

虽然仅结合有限数量的实施方式详细描述了本发明，但是应容易理解本发明不限于这些公开的实施方式。相反地，可以修改本发明以结合此前未描述过的任何数量的变型、变更、替代或等效布置，但这要与本发明的精神和范围相匹配。另外，虽然描述了本发明的多种实施方式，但应理解本发明的各方面可以仅包括所描述的实施方式中的一些实施方式。因此，本发明不被视为受前述描述所限制，而仅受所附权利要求的范围所限制。

Claims (7)

1.一种使用激光跟踪仪和便携式结构光扫描仪装置来确定物体的表面上的点的坐标的方法，所述方法包括：

设置所述结构光扫描仪装置，所述结构光扫描仪装置包括主体、第一摄像机、投影机、探头、六自由度组件以及第一处理器，所述主体固定在扫描仪参照系中，所述第一摄像机和所述投影机以所述第一摄像机与所述投影机之间存在基线距离的方式耦接至所述主体，所述投影机被配置成对投影光图案进行投影，所述第一摄像机被配置成对从所述物体的表面反射的所述投影光图案成像以作为成像图案，所述探头耦接至所述主体，所述探头具有第一端部和第二端部，所述第一端部耦接至所述主体而所述第二端部具有球形形状表面，所述六自由度组件包括回射器，所述六自由度组件耦接至所述主体，所述六自由度组件具有组件参照系，所述第一处理器被配置成确定所述物体的表面上的点在所述扫描仪参照系中的坐标；

设置所述激光跟踪仪，所述激光跟踪仪包括第一轴、第二轴以及第二处理器，所述激光跟踪仪被配置成测量平动坐标集和取向坐标集，所述平动坐标集是所述六自由度组件在跟踪仪参照系中的三个平动自由度的值，而所述取向坐标集是所述六自由度组件在所述跟踪仪参照系中的三个取向自由度的值，所述平动坐标集和所述取向坐标集定义所述六自由度组件在空间中的位置和取向，所述激光跟踪仪被配置成将以光在空气中的速度传播的第一光束发送到所述回射器并且接收由所述回射器反射的第二光束，所述第二光束是所述第一光束的一部分，所述第一光束具有通过绕所述第一轴的第一旋转角度和绕所述第二轴的第二旋转角度测量的第一方向，所述第二处理器被配置成确定所述取向坐标集和所述平动坐标集；

设置固定装置，所述固定装置具有被配置成容纳所述第二端部的部分；

在保持所述第二端部与所述固定装置接触并且使用所述第一光束来跟踪所述回射器的同时，以预定模式移动所述结构光扫描仪装置；

响应于所述结构光扫描仪装置的移动来测量多个平动集和多个取向集，所述多个平动集至少部分地基于所接收的第二光束、所述光在空气中的速度、所述第一旋转角度以及所述第二旋转角度；

通过所述第二处理器至少部分地基于所述多个所测量的平动集和取向集来确定所述组件参照系与所述跟踪仪参照系之间的数学转换；

将所述投影光图案投影到所述物体的表面上；

获取所述成像图案；

测量第一平动集和第一取向集，所述第一平动集至少部分地基于所接收的第二光束、所述光在空气中的速度、所述第一旋转角度以及所述第二旋转角度；

通过所述第一处理器至少部分地基于所述基线距离、所述投影光图案以及所述成像图案来确定所述物体的表面上的点在所述扫描仪参照系中的坐标；

至少部分地基于所确定的所述物体的表面上的点在所述扫描仪参照系中的所述坐标、所测量的第一平动坐标集、所测量的第一取向坐标集以及所确定的数学转换来确定所述物体的表面上的点在所述跟踪仪参照系中的坐标；以及

存储所确定的所述物体的表面上的点在所述跟踪仪参照系中的所述坐标。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

在设置所述激光跟踪仪的步骤中，所述激光跟踪仪还包括绕所述第一轴和所述第二轴旋转的第二摄像机；

在测量多个平动集和多个取向集的步骤中，通过所述第二摄像机来获取所述结构光扫描仪装置的多个第二图像，并且所述多个取向集还至少部分地基于所述多个第二图像。

3.根据权利要求2所述的方法，其中：

在设置所述结构光扫描仪装置的步骤中，所述回射器是包括三个平面反射器的立方隅角回射器，每个平面反射器被配置成对光进行反射，每个平面反射器垂直于另外两个所述平面反射器，每个平面反射器与另外两个所述平面反射器相交于共同的顶点，并且每个平面反射器具有两个相交接合部分，对于所述立方隅角回射器内的总共三个所述相交接合部分而言，每个所述相交接合部分由相邻的平面反射器共享，每个所述相交接合部分具有非反射部；以及

在测量所述多个平动集和所述多个取向集的步骤中，所述多个取向集还至少部分地基于所述多个第二图像的特征，所述特征与所述非反射部对应。

4.根据权利要求2所述的方法，其中：

在设置所述结构光扫描仪装置的步骤中，所述六自由度组件还包括至少三个非共线的光点；以及

在测量所述多个平动集和所述多个取向集的步骤中，所述多个取向集还至少部分地基于所述多个第二图像的特征，所述特征与所述至少三个非共线的光点对应。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，在设置所述结构光扫描仪装置的步骤中，所述至少三个非共线的光点选自由回射装置、光源以及所述回射装置和所述光源的组合构成的组。

6.根据权利要求1所述的方法，其中：

在设置所述结构光扫描仪装置的步骤中，所述回射器还包括用于透过所述第一光束的一部分的光孔和对所透过的第一光束的图像进行配准的光传感器；以及

在测量所述多个平动集和所述多个取向集的步骤中，所述多个取向集还至少部分地基于所配准的图像。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，在设置所述结构光扫描仪装置的步骤中，所述光传感器是光敏阵列。