CN1364230A

CN1364230A - 三维光扫描

Info

Publication number: CN1364230A
Application number: CN00810850A
Authority: CN
Inventors: G·D·戈丁
Original assignee: National Research Council of Canada
Current assignee: National Research Council of Canada
Priority date: 1999-06-01
Filing date: 2000-06-01
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2020-06-01
Also published as: US6507036B1; EP1183499B1; CN1196912C; DE60009285T2; WO2000073737A1; CA2310432A1; JP2003500678A; EP1183499A1; DE60009285D1; CA2310432C

Abstract

一种确定目标表面颜色和轮廓的方法,包含有下述步骤:用一个入射光束扫描所述的目标表面,所述的入射光束包含多组分的波长;将所述的反射光束分裂形成一个或者多个不同波长的分离子光束;将所述的一个或者多个子光束照射到一个传感器阵列上确定它们的相对位置。将反射光束的一部分照射到颜色敏感的光探测器装置上获得代表着所述反射光束的近似颜色组合物的数据。目标表面的颜色和轮廓从位于所述传感器阵列上的子光束的相对位置得以确定,采用所述代表着所述反射光束的近似波长组合物的数据消除位于结果中的模糊误差。反射光束的被分离出来的部分也可以在一个比传感器阵列更高的频率下被采样来获得比仅采用所述传感器阵列能获得的分辨率更高的分辨率下的关于目标表面的信息。

Description

三维光扫描

本发明涉及光学领域，更具体地是涉及一种在三维表面上进行颜色和轮廓测量的方法。

在许多情形中，具有高分辨率的颜色和轮廓数据来描绘三维物体是很有用的。例如，经常需要在计算机中建造实际物体的虚拟模型以便进行数学上的分析。这种数据也可以被用于例如艺术品的编目和鉴定。

在National Research Council of Canada使用的激光测距传感器是进行这种测量的一种技术。这种技术包括一个用入射激光束扫描表面来形成一个反射光束的装置，该反射光束被照射到一个光敏传感器线性阵列，特别是一个CCD(Charge Coupled Device)。在单色的型号中，当入射光束扫描过目标表面时，在传感器阵列上的反射光束的相对位置能够通过三角测量给出轮廓信息。返回到传感器阵列的光的数量也可以被测量并被用于测定目标表面的反射能力。在彩色的型号中，通过采用彩色激光并将反射光劈裂成三个组分的波长，将它们成像在CCD阵列的不同位置，这样除了能够获得轮廓的信息之外还可以获得颜色的信息。CCD阵列的输出信号包含有相应于每个激光波长的光点图象的峰值。假设每个峰值的识别也就是原始波长已经公知的话，目标表面的位置可以通过三角计算而获得。对于每一个波长，返回到传感器的光的数量可以从峰值形状计算出来。知道了存在于反射光束中每个波长的数量就可以使得在传感器阵列上主要波长的光强能够计算出所述表面的颜色。这样的技术例如在美国专利US5,177,556中有描述。

这种方法的显著缺点是当只有一个波长被反射时，不能识别在CCD上一个峰值的原始波长，从而不能在该点处测定轮廓。错误的波长识别导致在深度测定以及颜色测量中的严重错误。

尽管用于颜色测量的另一个公知技术采用了一种对所述三个波长中的每个都敏感的辅助光敏元件来分析返回到传感器的一部分光从而提取颜色数据。这种方法能进行精确的测量，但同时也失去了第一种技术的优点，这个优点就是返回强度的测定可以被精确地限定到对应于由激光点照亮的表面轮廓部分的被识别的峰值。光探测器对整个瞬间的视场敏感，能够很容易地被周围光或者多次反射污染。激光的波长边限之外的周围光可以用滤光镜去除。然而，留下来的光照(依赖于周围光的光谱内容)或者由激光光源从除了有光点照射的表面之外的别处而来的间接反射可能也会影响到测量。这种方法在美国专利US 5,708,498中有描述。

在第一个描述的技术中，传感器以类似频率提供深度和颜色信息，因为所述的深度由成像在CCD上的峰值之一或者多个结合确定，而所述的颜色从每个峰值幅峰的分布导出。在每个测量周期中，由CCD产生的信号被分析来提取峰值的位置和幅峰。

另外一个缺点就是在轮廓测量中，三维数据的获取在反射率突然变化的区域会产生错误。

对于所有基于三角计算的激光感测系统，一个众所周知的困难就是测量表面反射率的突然变化可能会在轮廓测量中产生错误。这是因为这种测量是通过将激光照射的细小区域成像而获得。如果所测量的表面呈现出反射率的变化，那么与平坦的表面相比照射点的成像会被扭曲。在CCD上的位置测量可能会被影响，并导致在轮廓表面的测定中出现偏差。

本发明的一个目的就是减轻现有技术中的上述缺点。

根据本发明的第一方面，提供了一种确定一个目标表面颜色和轮廓的方法，包括下述步骤：用一个入射光束扫描所述的目标表面，所述的入射光束包含多组分的波长；从所述的目标表面反射形成一束光；依据反射光束的组分波长将所述的反射光束形成一个或者多个分离的子光束；将所述的一个或者多个子光束照射到一个传感器阵列上；当所述的入射光束在目标表面上移动时，探测所述一个或者多个子光束在所述传感器阵列上的位置；将至少一部分反射光束照射到波长敏感的光探测器装置上以便获得代表所述反射光束的近似波长组合物的数据；从由位于所述传感器阵列上的所述一个或者多个子光束产生的峰值的相对位置和形状确定目标表面的颜色和轮廓，该传感器使用所述代表着近似波长组分的数据，以减小从所述传感器阵列获得的结果中的潜在的模糊误差。

所提出的颜色测量系统是一种混合系统，该混合系统同时采用在CCD上的颜色分离峰值测量和用一个光敏器件的辅助测量。与现有技术中不同，本发明保留了用传感器阵列可以获得的颜色测量的优点，辅助的光探测器主要用于消除由CCD阵列获得的精确测量中的模糊误差。光探测器优选地应当在一个高于CCD的频率下被采样，这样做的原因在下文中会详细描述。

这种安排的最大的一个优点在于，例如，当仅仅有一种反射波长存在时也能够确定表面颜色。尽管光敏元件除了受到被激光点照亮的区域的影响之外还受到光源的影响，但是所述的光敏元件还是会给出一个由直接照射到的目标表面上的一个或者多个波长起主导作用的测量方法，也因此在仅仅有一个光束存在时能够识别照射到CCD的波长光束。在这种情形，颜色测量由CCD用与现有技术中相同的方式实施，辅助测量主要是用来消除模糊误差。

在本发明的方法中，比较有利但并不是必须地，光敏元件应当在一个频率f_p下被采样，这个频率是从传感器阵列读取整个强度曲线的频率f_c的整数倍。

本发明的另外一个方面提供了一种确定一个目标表面的轮廓的方法，包括下述的步骤：用一个入射光束扫描目标表面；形成一个从所述目标表面反射回来的光束；将所述的反射光束照射到一个传感器阵列上产生一个强度曲线信号；以一个第一采样频率f_c采样所述的强度曲线信号产生第一组数据点，这个第一组数据点代表着每个采样期间l/f_c在所述的阵列上的强度分布；将至少一部分反射光束照射到光探测器装置上以便获得一个输出信号，该输出信号代表着所述反射光束的强度；以一个明显比第一采样频率f_c高的第二采样频率f_p采样所述的输出信号产生第二数组据点，该第二组数据点代表着在所述第二采样频率下在每个采样期间的强度；从所述第一组数据点导出一个第三组数据，该第三组数据代表着当所述的光束扫描所述的表面时，在所述传感器阵列上所述反射光束的相对位置，用所述的第二组数据在一个更高的分辨率下提供关于所述表面的外观在每个采样期间内第一采样频率下的辅助信息。

每次的轮廓测量都是在CCD上第一采样频率的一个周期上，从目标表面上反射的时间积分。返回强度的过采样使得表面特性，即颜色或者强度在一个比轮廓高的分辨率下确定。原则上，过采样的测量的总和，该总和被适当地标准化，应当相应于在一个周期中由CCD测量的强度。这个总和可以用上述的方式来消除模糊误差。而且，过采样测量在扫描方向上给出表面特性空间分布的分辨率优于轮廓测量。

强度测量的过采样也可以被用于纠正由目标表面反射的不连续引起的不正常。通过在一个周期的表面点测量期间进行反射的时间分布测量，能够在过采样测量中在测量的分布中的单个点的测量期间，在被照亮的表面部分中探测到这种不连续的存在，因此能够至少部分地抵消由估计测量带来的影响。

这里应当指出最后两个优点，这两个优点涉及到过采样的使用，不论是在单色还是在彩色测量中都存在这两个优点，不仅能够适用于上文提到的混合系统中，也能够适用于仅采用一个对不同波长敏感的光探测器的系统中，如在美国专利US5,708,498中描述的那种。

本发明所解决的主要问题是当仅仅存在一个峰值时的波长模糊误差。本发明的方法用辅助的光敏元件消除了这个问题。这解决了一个非常重要的问题，该问题限制着颜色分离峰值技术的使用。这个技术与过采样原理的结合也使得以比轮廓的分辨率高的分辨率测量颜色成为可能，从而使得以显示为目的而模拟和建造形状、颜色模型很有吸引力，在这种情况中所需要的特性强度通常比几何测量中所需要的大。而且，能够从过采样的强度中来纠正由强度的不连续产生的公知的错误。

本发明进一步提供了一种用于确定一个目标表面的颜色和轮廓的装置，该装置包括：一个光源，该光源采用一个包含多种组分波长的入射光束扫描目标表面；一个透镜，用于形成一个从所述目标表面反射回来的光束；一个光束分裂器，用于依据反射光束的各组分波长将反射光束分裂成一个或者多个子光束；一个传感器阵列，用于感测所述的一个或者多个子光束，并能够在所述的入射光束在目标表面移动时探测所述一个或者多个子光束的位置；一个波长敏感的光探测器，该光探测器接收所述反射光束的至少一部分来获得代表着所述反射光束的近似波长组合物的数据；从而目标表面的颜色和轮廓可以从下述峰值的位置和形状上得以确定，所述峰值由位于所述传感器阵列上的一个或者多个子光束产生，一个或者多个子光束使用所述的代表着近似的波长组合物的数据来消除从所述传感器阵列获得的结果中的潜在的模糊误差。

现在，将参照附图以举例的方式对本发明做更加详细的说明，其中：

附图说明

图1为一个示意图，所示的是根据本发明的第一实施例的颜色测试系统；

图2为一个示意图，所示的是根据本发明的第二实施例的颜色测试系统；

图3为一个示意图，所示的是根据本发明的第三实施例的颜色测试系统；

图4为一个示意图，所示的是根据本发明的第四实施例的颜色测试系统；

图5所示的是在一个采样的阶段中一个CCD阵列输出的强度曲线；

图6所示的是正在扫描一个目标表面的激光点；

图7所示的是由表面膺象引起的强度曲线的变化；

图8示出了具有区分不同波长能力的光探测器的详细情况。

现在参照图1，一个要被测量颜色和轮廓的表面以10标识。比较典型地，这个表面是一个采集轮廓和颜色数据的三维物体的轮廓表面。一个彩色激光光源12(例如，由红，黄，绿光构成)通过一个倾斜一定角度的反射镜18、20发出一个彩色光束14到位于表面10上的一点16处。反射镜18摇摆而引起光束14扫描表面10。反射镜20被固定。

反射光束22通过一个固定倾斜反射镜24、摆动反射镜18的背面侧、校正透镜26返回。在通过了校正透镜26之后，反射光束碰到一个部分反射镜28，该反射镜使反射光30的第一部分到达一个光敏探测器31，该光敏探测器能够测量存在于入射光束中的每个波长的反射光的数量，所述的反射镜使反射光30的第二部分通过波长分离器34，例如一个棱镜，而到达倾斜的CCD阵列36。

共同的透镜18使得反射光束22与入射光束14同步移动通过表面10。如果位于表面10上被照亮点16的位置相对于系统而变化，那么这种变化会转变成CCD阵列36的表面上的子光束的位移。任何一个信号的位置，与反射镜18的回转角度一起通过采用三角计算技术就表明了位于被光束照亮的表面10上的点16的位置。轮廓信息由子光束的一个或者多个结合而导出。为了正确地推导轮廓信息，必须知道子光束的波长识别。已知的位移能够使得轮廓的高度通过采用三角计算技术而获得。三维测量系统通常具有如美国专利US5,708,498中的功能，该文献这里引入作为参考。

假设有多于一个的光束存在的话，相应光束的强度能够以很高的精度导出关于所述表面的颜色信息。在现有技术中，如果仅仅有一个光束的话，就不能提取颜色和位置信息，因为系统没有办法识别哪个光束存在。如果有两个光束存在，那么能否提取颜色和位置信息视情况而定。然而，光探测器31能够提供返回光在三个波长31R，31G，31B的强度测量，所述的三个波长被用于在少于三个光束存在时来识别一个峰值的原始波长，这是通过比较光探测器31以及在CCD36上峰值上获得的测量结果来实现的。

图2示出了一种类似于图1中的结构，只是光电二级管32接受到一个直接从表面10而来穿过校正透镜40的反射光束。光探测器32不再与CCD 36分享同一个镜片。

在图3中，光探测器31接受到从CCD阵列36的表面上反射的光使得被分开的波长在光探测器31上结合成一个复合光束。

图4示出一种类似于图3的结构，但是采用了多于一个的光探测器31来测量不同方向上的反射光。光探测器31产生出代表反射光束不同组分波长强度的输出信号。但是由于光探测器31将比CCD阵列更宽视场内的光结合起来，所以也就更会受到周围的光和目标表面的其它部分反射光的影响，尤其是，目标表面具有高度异形的表面的情形。因此，根据本发明的一个方面，光探测器31的输出主要不是用于直接导出颜色信息，而是主要用来在CCD阵列36的更精确的输出中解决潜在的不确定。因此，例如如果由一个只反射蓝色波长的表面产生的仅仅一个光束存在于CCD阵列36中的话，光探测器31将会给出一个具有很强蓝色组分的信号，然而该组分可能被周围的光所污染。在这个例子中，反射光束将会被正确地鉴别为纯蓝。

CCD阵列36和光探测器31的输出在实际中是在一个计算机中进行数字处理。CCD阵列为一个线性的单色阵列。当反射光束落在其上时，它就产生一个如图5所示的输出信号，该信号显示沿着阵列的强度分布。峰值表示三个分光束红、绿、蓝。其中任何之一在阵列上的位置给出了目标的范围，它们的相对强度给出目标表面的颜色。强度曲线事实上有一系列的数字数据点表示，所述的数字数据点代表着在CCD的每个象素处的强度。

整个CCD阵列以一个预定的频率被读取，典型的频率为10KHz，即，在每次扫描时每0.1毫秒10000个时隙。在每个时隙中，一个计算机决定峰值的位置和幅度并保持与之相应的数据点。

在一个实际的实践中，如图6中所示，由于一个时隙的有限长度，激光点在目标上移动ΔL的距离。落在CCD阵列36上的光是在这个时隙中所反射的光的积分。采样频率受到设备的敏感度的限制，并能够容易地由本领域技术人员针对具体的结构选择。

根据本发明的另外一个方面，光探测器31以一个频率被采样，该频率高于，优选整数倍于，CCD阵列36的采样频率并与之同步。用于光电探测器的采样频率比CCD阵列频率的4-10倍还高很多。结果就是通过一个等于采样频率倍数的频率，所述表面的特性信息，颜色和强度信息能以比几何信息高几倍的分辨率测量。图6示出了为什么在CCD阵列36的每个采样期间，有多个(n)重叠的光点区域38，它们的整个包迹线相应于CCD测量。反射光的总量是由光探测器在采样次数a，b，c，d时采样，所述的采样次数相应于在每个CCD采样期间的采样数目n(这里例如为4)。通过将CCD上的曲线和从光电二极管上的n个采样的结合，所述表面的颜色信息可以被计算到这样一个分辨率程度，该分辨率高于仅使用CCD阵列可获得的分辨率。在分辨率上的增加仅仅适用于颜色或者强度信息上，而不适用于几何信息上，所述的几何信息依然受到CCD阵列的采样频率的限制。由光传感器进行的过采样也可以被很好地应用于单色结构中，例如在一个单一波长光束中测量表面特性。

在光亮和黑暗之间突然的变化能够扭曲位于CCD阵列上的峰值，使得所述的设备在CCD阵列上探测到峰值中心的变化。这导致目标表面轮廓变化的错误探测。图7示出为什么对于一个平坦的表面，峰值50将会具有一个如图7所示的均匀强度的分布。如果与左半部分54是明亮的而右半部分是黑暗的情况相反，那么强度曲线52由于更多的光被从光亮的表面反射从而失真，所述的强度曲线描绘的是在采样期间上强度的时间积分。计算机将此解释为峰值的移动，这种峰值的移动又接着被错误地解释为目标表面的轮廓和范围的变化。

实际上，由于光探测器31在CCD阵列的每个采样期间上提取了多个强度采样，所以强度上剧烈的变化可以探测到，并被考虑来补偿峰值曲线的形状变化。在单色和彩色系统中都可以实现。

因此，本发明提供了一种以高于几何信息的分辨率获取特性信息的方法，该方法弥补了由于表面强度突然变化而产生的膺象，以及在不失精确性的前提下解决了颜色模糊等问题。

除了上文描述的结构之外，可以使用多个光探测器，这些光探测器可以处于不同的方向，包括三角平面的外部。每个光探测器将会测量在一个具体方向上的反射光。每个光探测器可以以上述的方式被采样和使用。采用多个光探测器提供了多个由目标表面反射的光的角度分布采样。这样一种结构的例子示出在图4中，在例子中采用了两个不同的光探测器。

图8示出了一种可以用于本发明中的光探测器的可能实施例。所述的光探测器设置了产生下述信号的装置，所述的信号代表每个组分波长的光的数量。在这个具体结构中，进来的光束60被一个棱镜分解成其组分的波长，它们被照射到不同的光探测器上，所述不同的光探测器产生代表相应波长光的数量的信号。

尽管本发明被相对于自动同步扫描来描述，但是本领域技术人员应当理解其同样适用于通常的三角测量。

Claims

1、一种确定目标表面颜色和轮廓的方法，包含有下述步骤：

用一个入射光束扫描所述的目标表面，所述的入射光束包含多组分的波长；

从所述的目标表面反射形成一束光；

将所述的反射光束形成一个或者多个分离的子光束，这个或这些子光束相应于反射光束的组分波长；

将所述的一个或者多个子光束照射到一个传感器阵列上；

在所述的入射光束在目标表面上移动时，探测所述一个或者多个子光束在所述传感器阵列上的位置；

将反射光束的至少一部分照射到波长敏感的光探测器装置上获得代表着所述反射光束的近似波长组合物的数据；

使用所述的代表着所述反射光束的近似波长组合物的数据，从下述峰值的相对位置和形状确定目标表面的颜色和轮廓，从而消除从所述传感器阵列获得的结果中的潜在的模糊误差，所述的峰值由位于所述传感器阵列上的所述一个或者多个子光束产生。

2、如权利要求1所述的方法，通过一个局部反射镜，所述部分在形成一个或多个子光束前，被从所述反射光束中分裂出来。

3、如权利要求1的方法，其中所述部分的反射光通过将从所述传感器阵列的表面上反射出来的所述一个或多个子光束重新结合起来获得。

4、如权利要求3的方法，其中所述的光探测器装置包括多个光探测器，这多个光探测器对所述反射光束的相应组分波长敏感，所述部分的反射光被分裂成被照射到相应的光探测器上的组分波长。

5、如权利要求1的方法，其中所述的反射光束与所述的入射光束同步。

6、如权利要求1的方法，其中，所述传感器阵列为一个倾斜的CCD阵列。

7、一种确定目标表面的轮廓的方法，包含有下述步骤：

用一个入射光束扫描目标表面；

形成一个从所述目标表面反射回来的光束；

将所述的反射光束照射到一个传感器阵列上产生一个强度曲线信号；

以一个第一采样频率f_c采样所述的强度曲线信号产生第一组数据点，该组数据点代表着在每个采样期间所述阵列上的强度分布；

将反射光束的至少一部分照射到光探测器装置上以获得一个输出信号，该输出信号代表着所述反射光束的强度；

以一个明显比第一采样频率f_c高的第二采样频率f_p采样所述的输出信号产生第二组数据点，该第组二数据点代表着在所述第二采样频率下在每个采样期间的强度；

从所述第一组数据点导出第三组数据，该第三组数据代表着当所述的光束扫描所述的表面时，在所述传感器阵列上所述反射光束的相对位置，与此同时用所述的第二组数据在一个更高的分辨率下提供辅助信息，该信息是关于所述表面的外观在每个采样期间内第一采样频率下的辅助信息。

8、如权利要求7的方法，其中所述的光探测器装置对波长敏感，所述的辅助信息为所述表面在扫描过一个区域并在一个分辨率下的颜色变化，所述区域的尺寸有所述第一采样频率f_c确定，而所述的分辨率由所述的第二采样频率f_p确定。

9、如权利要求8的方法，其中所述反射光束在碰到构成所述光探测器装置的相应光探测器之前被分裂成组分波长。

10、如权利要求7的方法，其中所述的第二采样频率f_p为所述第一采样频率的整数倍并与之同步。

11、如权利要求10的方法，其中所述的第二采样频率为所述第一采样频率的4到10倍。

12、如权利要求7的方法，其中使用所述的辅助信息导出第三组数据，用来提供在一个采样期间内有关反射光束的强度分布的信息从而弥补所述表面反射的不连续性。

13、一种确定目标表面的颜色和轮廓的装置，包括：

一个光源，用来采用一个包含多种组分波长的入射光束扫描目标表面；

一个透镜，用于形成一个从所述目标表面反射回来的光束；

一个光束分裂器，用于将反射光束分裂成一个或者多个子光束，这个或者这些子光束相应于反射光束的各组分波长；

一个传感器阵列，用于感测所述的一个或者多个子光束，并能够在所述的入射光束在目标表面移动时探测所述一个或者多个子光束的位置；

一个波长敏感的光探测器，该光探测器接收所述反射光束的至少一部分来获得代表着所述反射光束的近似波长组合物的数据；

从而目标表面的颜色和轮廓可以从下述峰值的位置和形状上得以确定，使用所述的代表着近似的波长组合物的数据来减少从所述传感器阵列获得的结果中的潜在的模糊误差，所述峰值由位于所述传感器阵列上的一个或者多个子光束产生。

14、如权利要求13的装置，其中进一步还包括一个部分反射的反射镜用于将所述反射光束的一部分反射到光探测器上。

15、如权利要求13的装置，其中所述的光探测器装置包括多个光探测器，这些光探测器对所述的反射光束的相应组分波长敏感。

16、如权利要求13的装置，进一步包括一个回转反射镜将所述的反射光束与所述的入射光束自动同步。

17、如权利要求13的装置，其中所述的传感器阵列为一种倾斜的CCD阵列。

18、一种用于确定一个目标表面的轮廓的装置，包括：

一个光源，用来采用一个入射光束扫描目标表面；

一个透镜，用于将所述目标表面的反射光形成一个光束，并将所述的反射光束照射到一个传感器阵列上产生一个强度曲线信号；

一个下述装置，即用于在第一采样频率f_c下采样所述强度曲线信号从而产生一组数据点，该组数据点代表着在每个采样期间中在所述的阵列上的强度分布；

一个下述装置，即用于将反射光束的至少一部分照射到光探测器装置上从而获得一个代表着所述反射光束强度的输出信号；

一个下述装置，即用于以一个明显比第一采样频率f_c高的第二采样频率f_p采样所述的输出信号产生第二组数据点，该第二组数据点代表着在所述第二采样频率下在每个采样期间的强度；

一个下述装置，即用于从所述第一组数据点导出一个第三组数据，该第三组数据代表着当所述的光束扫描所述的表面时，在所述传感器阵列上所述反射光束的相对位置，与此同时用所述的第二数据在一个更高的分辨率下提供关于所述表面的外观在每个采样期间内第一采样频率下的辅助信息。

19、如权利要求18的装置，其中所述的光探测器装置对波长敏感，所述的辅助信息为所述表面在一个区域并在一个分辨率下的颜色变化，所述区域的尺寸由所述第一采样频率f_c确定，而所述的分辨率由所述的第二采样频率f_p确定。

20、如权利要求18的装置，其中所述的第二采样频率f_p为所述第一采样频率的整数倍并与之同步。

21、一种用于确定一个目标表面的颜色和轮廓的方法，包含下述的步骤：

用一个入射光束扫描一个目标表面，所述的入射光束包含多种组分的波长；

形成一束从所述目标表面反射的光；

将所述的反射光束形成一个或者多个分离的子光束，这个或者这些子光束相应于组分波长或反射光束的波长；

将所述一个或者多个子光束照射到一个传感器阵列上形成一个或者多个强度曲线信号；

在第一采样频率f_c下采样所述一个或者多个强度曲线信号从而产生第一组数据点，该组数据点代表着在每个采样期间中在所述的阵列上的强度分布；

将反射光束的至少一部分照射到对波长敏感的光探测器装置上从而获得一个输出信号，该输出信号代表着所述反射光束的近似波长组合物，以一个明显比第一采样频率f_c高的第二采样频率f_p采样所述的输出信号产生第二数据点，该第二数据点代表着在所述第二采样频率下在每个采样期间的强度；

从下述峰值的位置和形状上确定所述目标表面的颜色和轮廓，所述的峰值由位于所述阵列上的所述的一个或者多个子光束产生，同时使用所述代表着近似的波长组合物的数据来消除从所述传感器阵列获得的结果中的潜在模糊误差；

从所述第一组数据点导出第三组数据，该第三组数据代表着当所述的光束扫描所述的表面时，在所述传感器阵列上所述一个或者多个子光束的位置，与此同时用所述的第二数据在一个更高的分辨率下提供关于所述表面的外观在每个采样期间内第一采样频率下的辅助信息。

22、如权利要求21的方法，其中所述的传感器阵列为一种倾斜的CCD阵列。

23、如权利要求22的方法，其中所述的反射光束与所述的入射光束自动同步。