DE102015101446A1

DE102015101446A1 - Verfahren zum Messen einer Entfernung oder eines Flächeninhaltes mittels eines mit einem Lichtstrahlgerät zusammenwirkenden Mobilgerätes

Info

Publication number: DE102015101446A1
Application number: DE102015101446.7A
Authority: DE
Inventors: Wen-Wei Lin; Hsien-Cheng Yen
Original assignee: Conary Enterprise Co Ltd
Current assignee: Conary Enterprise Co Ltd
Priority date: 2015-02-02
Filing date: 2015-02-02
Publication date: 2016-08-04

Abstract

Verfahren zum Messen einer Entfernung oder eines Flächeninhaltes mittels eines zusammen mit einem Lichtstrahlgerät (60) zusammenwirkenden Mobilgerätes (50), wobei das Lichtstrahlgerät (60) eine Lichtstrahlrichtung aufweist, die gleich wie die Aufnahmerichtung der Lichtsensormodulgruppe 53 des Mobilgerätes (50) ist, wodurch realisiert wird, dass der auf eine erste Messstelle (A) auftreffende Lichtstrahl und der auf eine zweite Messstelle B auftreffende Lichtstrahl eine erste Entfernung OA und der zweiten Strecke OB eingeschlossenen Flächeninhaltes OAB verwendet werden, wodurch Funktionen der vorliegenden Erfindung erweitert werden, sodass sich die vorliegende Erfindung nicht für die Berechnung einer Entfernung zwischen zwei beliebigen Punkten, sondern auch für die Berechnung eines Flächeninhaltes anhand eingeschätzter Entfernungen eignet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen einer Entfernung oder eines Flächeninhaltes mittels eines mit einem Lichtstrahlgerät zusammenwirkenden Mobilgerätes, insbesondere ein leichtes und schnelles Entfernungsmessverfahren, mit dem die Entfernung zwischen zwei beliebigen Punkten schnell und einfach berechnet wird, wobei das Messverfahren auch für die Berechnung eines Flächeninhaltes einsetzbar ist, wodurch eine Funktionserweiterung des erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert wird.
In 1 bis 4 sind ein Entfernungsmesssystem und dessen Verfahren, welche beide in TW I289196 offenbart wurden, dargestellt, wobei ein Bildpunktwert einer Digitalaufnahme und dessen Zusammenhang zu einer zu messenden Entfernung für eine Entfernungsmessung verwendet werden. Die 1 stellt ein Funktionsdiagramm des herkömmlichen Entfernungsmesssystems und dessen Verfahren dar, wobei einen Laserstrahl ausgehend von einer Laserlichtquelle 20 oberflächlich auf ein Messobjekt 30 auftrifft, während eine Digitalkamera 10 ein dadurch erzeugtes Abbild aufnimmt. Der Bildpunktwert der Digitalaufnahme wird mittels einer Recheneinheit 40 berechnet, wobei oben genanntes Verhältnis zu der zu messenden Entfernung zur Umrechnung verwendet wird, um die Länge des Messobjektes 30 bzw. eine Entfernung des Messobjektes 30 zu der Digitalkamera 10 herauszurechnen.
Anhand der 2 wird schematisch dargestellt, wie das herkömmliche Entfernungssystem eine Entfernung aufgrund eines erhaltenen Bildpunktwertes misst, wobei die Digitalkamera 10 jeweils ein Abbild an einer durch eine Gerade CD und einer durch eine Gerade EF bezeichneten Stelle aufnimmt, während die Laserlichtquelle 20 je einen hellen Lichtpunkt auf die Gerade CD und die Gerade EF projektiert. In der Zeichnung werden folgende Bezugszeichen verwendet:

OP:: Optischer Nullpunkt der Digitalkamera;
PD, PF:: Helle Lichtpunkte, die jeweils von der Laserlichtquelle 20 auf eine durch Strecke CD gebildete Ebene und eine durch die Strecke EF gebildete Ebene projektiert werden;
O:: Mittelpunkt einer durch die Digitalkamera abgetasteten Ebene;
HD:: Entfernung der Ebene CD zu der Oberfläche der Digitalkamera 10;
HF:: Entfernung der EF-Ebene zu der Oberfläche der Digitalkamera 10;
hS:: Entfernung von OP zu der Oberfläche der Digitalkamera 10;
DD, DE:: Maximale Länge, die Digitalkamera 10 auf der CD-Ebene bzw. der EF-Ebene wirklich aufgenommen wird;
Dr:: Entfernung von PD, PF zu O;
2θmax:: Maximaler Aufnahmewinkel der Digitalkamera 10;
Nmax:: Maximaler Bildpunktwert einer einzelnen Abtastlinie der Digitalkamera 10; und
ND, NF:: Bildpunktwert der Entfernung von PD bzw. PF zu O.

3 stellt eine Zentralprojektion der Digitalkamera 10 bei einer Bildaufnahme dar, wobei die Achse Z eine Bildaufnahmerichtung bezeichnet, in der die Digitalkamera 10 entsprechende Abbilder von ihrem optischen Nullpunkt OP aufnimmt, wobei das Abbild einer Abtastebene, die sich von dem Punkt A bis zu dem Punkt B erstreckt, erhalten wird. Die Richtung der Achse Z ist dabei gleichzeitig die Normalenrichtung der Abtastebene. Die Achse Z läuft an einem Punkt, nämlich dem Punkt O, durch die Abtastebene durch, wobei der Punkt O gleichzeitig der Mittelpunkt der Abtastebene ist. Die Gerade CD und die Gerade EF sind jeweils eine Abtastlinie, die den Punkt O auf der Abtastebene O kreuzt, wobei der Punkt O der jeweiligen Abtastebenen gerade an einer Position liegt, die dem Bildpunkt 1/2·Nmax der jeweiligen Abtastlinien entspricht.
In 2 ist weiterhin dargestellt, dass der von der Laserlichtquelle 20 ausgestrahlte Laserstrahl parallel zu der Bildaufnahmerichtung der Digitalkamera 10 steht, sodass der von der Laserlichtquelle 20 ausgestrahlte Laserstrahl senkrecht zu irgendeiner beliebigen Abtastebenen der Digitalkamera 10 steht, wobei die durch Laserstrahl auf den jeweiligen Abtastebenen projektierten, hellen Lichtpunkte (PD, PF) je eine gleiche Entfernung (Dr) zu dem Punkt O der jeweiligen Abtastebenen halten.
Dank oben genannter Eigenschaft, dass die jeweiligen hellen Lichtpunkte, die von der Laserlichtquelle 20 projektiert werden, je eine gleiche Entfernung zu dem Punkt O aufweisen, werden zwei Laserlichtquellengruppen, die in der Regel bei einem herkömmlichen Entfernungsmesssystem verwendet werden, durch eine einzige Laserlichtquelle (Laserlichtquelle 20) ersetzt, was ebenfalls je eine gleiche Entfernung (Dr) auf irgendeiner beliebigen Abtastebene erzielen kann. Weil das von der Digitalkamera 10 aufgenommene Abbild eine Abtastzeit benötigt, die ein lineares Verhältnis zu der horizontalen Entfernung des abgetasteten Messobjektes aufweist, kann die Recheneinheit 40 die horizontale Entfernung des abgetasteten Messobjektes direkt mit einem entsprechenden Bildpunktwert bezeichnen, wie es in folgenden Formeln dargestellt ist:
Unter Bezugnahme auf die Gesetze der Trigonometrie werden folgende Formeln abgeleitet: H_D = 1 / 2D_Dcotθ_max – h_s H_F = 1 / 2D_Fcotθ_max – h_s
Wird das oben genannte Verhältnis des Bildpunktwertes zu der horizontalen Entfernung in den Gesetzen der Trigonometrie eingesetzt, entstehen folgende Formeln:
wobei die Größe von zwei Parameterwerten cotθmax, hs mittels eines Rechenmodelles vorher berechnet werden, sodass die Recheneinheit 40 aufgrund der erhaltenen Größe der beiden Parameterwerte den HD-Wert und den HF-Wert herausrechnen kann, nachdem die Werte von ND und NF gezählt sind.
In 4 wird eine Systemstruktur des oben genannten Rechenmodells zur Berechnung der zwei Parameterwerte cotθmax und hs dargestellt, wobei das Rechenmodell die Digitalkamera 10, zwei vertikale Lineale 41 und zwei horizontale Lineale 42 umfasst. Die horizontalen Lineale 42 weisen je eine vertikale Entfernung hm1 oder hm2 zu der Oberfläche der Digitalkamera 10 auf, welche beide ganz leicht mit den vertikalen Linealen 41 ausgemessen werden. Um eine Genauigkeit bei einer Ausmessung von hs zu erhöhen, wird der maximale Aufnahmewinkel 2θMax der Digitalkamera 10 in dem Rechenmodell auf 2θs beschränkt, wodurch unscharf aufgenommene Ränder der von der Digitalkamera 10 aufgenommene Abtastebene entfernt werden, sodass eine Messgenauigkeit erhöht wird.
Weiter wird auf 4 Bezug genommen. Wenn der maximale Aufnahmewinkel der Digitalkamera 10 auf 2θs beschränkt wird, kann eine maximale horizontale Aufnahmeentfernung der Digitalkamera 10 auf den jeweiligen horizontalen Linealen 42 ganz leicht mit dem entsprechenden Lineal ausgemessen werden, wobei die maximalen horizontalen Aufnahmeentfernungen jeweils mit Dm1 und Dm2 bezeichnet werden. Nach den Gesetzen der Trigonometrie stehen folgende Formeln zur Verfügung: h_s + h_m1 = 1 / 2D_m1cotθ_s h_s + h_m2 = 1 / 2D_m2cotθ_s
Wenn die oben genannten Formeln neu organisiert werden, kann mathematisches Verhältnis von cotθs wie folgt erzielt werden: h_m1 – h_m2 = 1 / 2(D_m1 – D_m2)cotθ_s
Die Größe des oben genannten Parameterwertes cotθmax kann auch mit den oben genannten Verhältnissen herausgerechnet werden, wenn Dm1, Dm2, die je einem dem maximalen Aufnahmewinkel 2θmax der Digitalkamera 10 entsprechenden Wert aufweisen, abermals in den genannten Verhältnissen eingesetzt werden. Wenn das oben genannte Verhältnis von cotθs weiter organisiert wird, kann folgendes Verhältnis erzielt werden:
Daraus wird die Größe des Parameterwertes hs herausgerechnet:
Bei dem herkömmlichen Entfernungsmessverfahren wird zudem ein anderes Messwerkzeug, das Laserentfernungsmessgerät verwendet, wobei eine Laserlichtquelle ein moduliertes Licht auf ein Messobjekt ausstrahlt, während ein Laserempfänger ein von dem Messobjekt zurück reflektiertes Signal empfängt. Der häufig dazu verwendete Laserempfänger ist beispielsweise eine Avalanche-Photodiode (APD), die ein optisches Signal in ein elektrisches Signal umwandelt, um die Entfernung des Messobjektes anhand des erhaltenen zurückreflektierten Signals zu berechnen. Das Arbeitsprinzip des Laserentfernungsmessgerätes wird mit Td = 2L/C bezeichnet, wobei Td eine Zeitverzögerung zwischen dem gesendeten und dem empfangenen Impulssignal bezeichnet, während L die Entfernung des Messobjektes und C eine Lichtübertragungsgeschwindigkeit bezeichnen. Dadurch ist verwirklicht, dass die Entfernung L des Messobjektes ermittelt wird, wenn die Verzögerungszeit ausgemessen wird.
Deswegen wird das Laserentfernungsmessgerät mit der technischen Entwicklung weiter verbreitet auf Gebieten der Bauarbeit, der Dekorationsarbeit usw. verwendet. In 5 ist gezeigt, wie die Entfernung L eines an einer Wand aufgestellten Tisches 101 mit einem Laserentfernungsmessgerät 100 ausgemessen wird, wobei die Wand zum Reflektieren des Signals benutzt wird.
Leider wurden folgende Nachteile bei einer Entfernungsmessung mit dem herkömmlichen Entfernungsmesssystem und dessen Verfahren bzw. mit dem oben genannten Laserentfernungsmessgerät festgestellt:
Weil ein Benutzer bei der Entfernungsmessung an einem festen Standpunkt gebunden wird, von dem die Laserlichtquelle einen Laserstrahl auf ein zu messendes Messobjekt ausstrahlt, lässt sich eine beliebige Entfernung zwischen zwei beliebigen Punkten nicht berechnen, was eine einfache und schnelle Entfernungsmessung stört;
Weil die Laserlichtquelle nur den Laserstrahl auf einen an einer vorgesehenen Stelle befindlichen Messpunkt ausstrahlt, lässt sich ein räumlicher Flächeninhalt überhaupt nicht berechnen, sodass das herkömmliche Entfernungsmesssystem und dessen Verfahren nicht durch entsprechende Funktionserweiterungen für eine Flächeninhaltmessung einsetzbar sind. Deswegen lassen sie sich immer noch verbessern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Messen einer Entfernung oder eines Flächeninhaltes mittels eines mit einem Lichtstrahlgerät zusammenwirkenden Mobilgerätes zu schaffen, wobei das Lichtstrahlgerät seinen Lichtstrahl auf zwei beliebige Punkte projektieren kann, sodass irgendeine Entfernung zwischen zwei beliebigen Punkten berechnet wird, um den genannten Nachteil, dass das herkömmliche Entfernungsmesssystem und dessen Verfahren nicht für die Berechnung von irgendeiner Entfernung zwischen zwei beliebigen Punkten geeignet sind, zu beheben und somit eine leichte und schnelle Entfernungsmessung zu ermöglichen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren bereitzustellen, das nicht nur eine Entfernung zwischen zwei beliebigen Punkten berechnet, sondern auch anhand der erhaltenen Entfernung zwischen zwei beliebigen Punkten einen eingeschlossenen Flächeninhalt berechnen kann, um den genannten Nachteil, dass das herkömmliche Entfernungsmessverfahren nicht für eine Flächeninhaltmessung einsetzbar ist, zu beheben, wodurch die Funktionen des erfindungsgemäßen Verfahrens erweitert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Messen einer Entfernung oder eines Flächeninhaltes mittels eines mit einem Lichtstrahlgerät zusammenwirkenden Mobilgerätes, das die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Messen einer Entfernung oder eines Flächeninhaltes mittels eines zusammen mit einem Lichtstrahlgerät 60 zusammenwirkenden Mobilgerätes 50 bereitgestellt, wobei das Lichtstrahlgerät 60 eine Lichtstrahlrichtung aufweist, die gleich wie die Aufnahmerichtung der Lichtsensormodulgruppe 53 des Mobilgerätes 50 ist, wodurch realisiert wird, dass der auf eine erste Messstelle A auftreffende Lichtstrahl und der auf eine zweite Messstelle B auftreffende Lichtstrahl eine erste Entfernung OA und eine zweite Entfernung OB erzeugen, welche beide zusammen mit einer durch den Azimutwinkelsensor des Mobilgerätes erfassten, ersten Azimutwinkelgruppe und einer durch den Azimutwinkelsensor des Mobilgerätes erfassten, zweiten Azimutwinkelgruppe zur Ableitung der beweglichen Koordinaten der ersten und der zweiten Messstelle verwendet werden, um eine Koordinatenentfernung AB der ersten und der zweiten Messstelle A, B leicht und schnell zu berechnen. Durch erweitere Berechnungen kann das gleiche Verfahren auch zur Berechnung eines von der Entfernung AB, der ersten Entfernung OA und der zweiten Entfernung OB eingeschlossenen Flächeninhaltes OAB verwendet werden, wodurch Funktionen der vorliegenden Erfindung erweitert werden, sodass sich die vorliegende Erfindung nicht für die Berechnung einer Entfernung zwischen zwei beliebigen Punkten, sondern auch für die Berechnung eines Flächeninhaltes anhand eingeschätzter Entfernungen eignet.
Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausgestaltungen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 ein Funktionsblockdiagramm für ein herkömmliches Verfahren;
2 eine schematische Darstellung des herkömmlichen Verfahrens, bei dem eine Entfernung unter Verwendung von Bildpunktwerten gemessen wird;
3 eine perspektivische Darstellung einer herkömmlichen Digitalkamera bei der Bildaufnahme;
4 eine schematische Darstellung der Systemstruktur zur Ermittlung von Parameterwerten;
5 eine perspektivische Darstellung eines herkömmlichen Laserentfernungsmessgeräts im Gebrauchszustand;
6 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
7 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Mobilgerätes in Verbindung mit einem Lichtstrahlgerät;
8A eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Mobilgerätes;
8B eine perspektivische Zusammenbaudarstellung des Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Mobilgerätes;
9A eine perspektivische Explosionsdarstellung des Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Mobilgerätes vor der Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Lichtstrahlgerät;
9B eine perspektivische Zusammenbaudarstellung des Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Mobilgerätes nach der Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Lichtstrahlgerät;
9C eine perspektivische Zusammenbaudarstellung des erfindungsgemäßen Lichtstrahlgeräts, das formmäßig an das Mobilgerät angepasst ist;
10A eine perspektivische Explosionsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Mobilgerätes vor der Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Lichtstrahlgerät;
10B eine perspektivische Zusammenbaudarstellung des weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Mobilgerätes nach der Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Lichtstrahlgerät;
11A einen Teilschnitt durch das erfindungsgemäße Lichtsendemodul, das in gleicher Richtung wie der Anschlussstecker vorgesehen ist;
11B einen Schnitt entlang der Linie 11B-11B in 11A;
11C einen Teilschnitt durch das erfindungsgemäße Lichtsendemodul, das senkrecht zum Anschlussstecker 70 verläuft;
11D einen Schnitt entlang der Linie 11D-11D in 11C;
12 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Gebrauchszustand;
13A eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Gebrauchszustand, wobei die Ermittlung der Entfernung gezeigt ist; und
13B eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Gebrauchszustand, wobei die Ermittlung des Flächeninhalts gezeigt ist.
In 6 sind Schritte (Schritt S1 bis Schritt S9) bei einer Entfernungs- bzw. Flächeninhaltmessung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in Verbindung mit den Zeichnungen 6 bis 13 in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei die einzelnen Schritte nach einem Messungsstart (Schritt S1) wie folgt erfolgen:

a) Bereitstellen eines Mobilgerätes 50, das mindestens einen Mikroprozessor 51, einen Arbeitsspeicher 52, eine Lichtsensormodulgruppe 53, einen Azimutwinkelsensor 54 umfasst, wobei der Mikroprozessor 51 elektrisch jeweils mit dem Arbeitsspeicher 52, der Lichtsensormodulgruppe 53 und dem Azimutwinkelsensor 54 verbunden wird (Schritt S2). Die Lichtsensormodulgruppe 53 kann entweder ein Kameramodul oder eine Avalanche-Photodiode (APD) sein, deren Aufgabe u. a. darin besteht, eine Entfernung OA zwischen dem Standpunkt des Benutzers (beispielsweise dem Punkt O) und einem vorgesehenen Punkt in einem gleichen Raum (wie z. B.: dem Punkt A) aufgrund des Arbeitsprinzips des entsprechenden Lichtsensors zu ermitteln. Weil dies zu einer bekannten Technik gehört, wird hier nicht näher erklärt. Das hier genannte Mobilgerät 50 kann entweder ein Smartphone, ein Tabletcomputer oder ein Entfernungsmesser sein, die mit einer entsprechenden Lichtsensormodulgruppe 53 versehen sind. In dem Ausführungsbeispiel wird das Smartphone als ein Beispiel angeführt, was die vorliegende Erfindung aber nicht beschränken soll. Wie in der 7 dargestellt, besitzt das in dem Ausführungsbeispiel als das Mobilgerät 50 verwendetes Smartphone einen Datenübertragungs-Anschluss 55 und eine Audiobuchse 55', welche beide jeweils elektrisch mit dem Mikroprozessor 51 verbunden werden.
b) Bereitstellen eines Lichtstrahlgerätes 60, das elektrisch mit dem Mobilgerät 50 verbunden wird, sodass das Lichtstrahlgerät 60 durch das Mobilgerät 50 angetrieben wird, wobei das Lichtstrahlgerät 60 eine Lichtstrahlrichtung aufweist, die gleich wie die Aufnahmerichtung der Lichtsensormodulgruppe 53 ist (Schritt S3). Das Lichtstrahlgerät 60 kann entweder in dem Mobilgerät 50 integriert oder als ein außenseitig mit dem Mobilgerät 50 verbindbares, separates Gerät ausgeführt werden. Wie in der 8A und 8B dargestellt, umfasst das Lichtstrahlgerät 60 in dem Ausführungsbeispiel einen Anschlussstecker 70, der eine Leiterplatte 71 aufweist, deren Vorderseite mit einem zur elektrischen Verbindung dienenden Anschlussabschnitt 72 versehen ist, welcher zu dem Datenübertragungs-Anschluss 55 oder der Audiobuchse 55' passt und in diesen eingesteckt werden kann, sodass das Lichtstrahlgerät 60 mit Strom und entsprechenden Signalen versorgt wird. Ein Lichtsendemodul 80 wird seitlich an der Leiterplatte 71 angebracht, während ein Antriebsstromkreis 73 zwischen der Leiterplatte 71 und dem Lichtsendemodul 80 geschaltet ist. Und die Leiterplatte 71 und das Lichtsendemodul 80 werden in einem Gehäuse 90 so untergebracht, dass der zur elektrischen Verbindung dienende Anschlussabschnitt 72 des Anschlusssteckers 70 aus der Innenseite des Gehäuses 90 herausragt. Umfangseitig an dem Gehäuse 90 ist eine Lichtaustrittsöffnung 91 ausgebildet, durch die das Lichtsendemodul 80 das Licht nach außen ausstrahlt. Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass der Antriebsstromkreis 73 an irgendeiner beliebigen Stelle der Leiterplatte 63 oder in dem Lichtsendemodul 70 angeordnet wird.

Wie oben beschrieben wird das Lichtstrahlgerät 60 in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel durch eine Steckverbindung hinterseitig an dem Smartphone angebracht, weil der Datenübertragungs-Anschluss 55 – wie in der 9A, der 9B und der 9C dargestellt – hinterseitig an dem Smartphone angeordnet wird. In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel befindet sich der Datenübertragungs-Anschluss 55 seitlich an dem Smartphone, so wird das Lichtstrahlgerät 60 durch die Steckverbindung seitlich an dem Smartphone angebracht, wie es in der 10A, der 10B und der 10C dargestellt ist. Aus diesen zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist ersichtlich, dass das Lichtstrahlgerät 60 sich zum Verbinden mit dem Datenübertragungs-Anschluss unterschiedlicher Mobiltelefone eignet. Wie oben beschrieben, kann das Mobilgerät neben dem Smartphone selbstverständlich ein Tabletcomputer, ein Entfernungsmesser usw. sein. Deswegen wird die Verbindung des Lichtstrahlgerätes 60 mit dem Mobilgerät nicht auf den Datenübertragungs-Anschluss 55 oder die Audiobuchse beschränkt wird, wobei alle möglichen Anschlüsse, die als elektrische Verbindungsschnittstellen an einem Tabletcomputer, einem Entfernungsmesser usw. dienen, zur Verbindung mit dem Lichtstrahlgerät 60 verwendet werden können. Das Lichtstrahlgerät 60 kann sogar direkt mit dem Mobilgerät 60 verbunden oder in dem Mobilgerät 60 integriert werden, was hier nicht näher erklärt wird.
Wie es in der 11A bis 11D dargestellt ist, umfasst das Lichtsendemodul 80 einen innenhohlen Zylinderabschnitt 81, ein Leuchtelement 82, das in dem Zylinderabschnitt 81 eingebaut wird und bodenseitig eine Mehrzahl von Anschlusspins 83 aufweist, eine Optiklinse 84, die auch in dem Zylinderabschnitt 81 eingebaut und vor dem Leuchtelement 82 angebracht wird, wobei das Leuchtelement 82 entweder eine Laserdiode oder eine Leuchtdiode sein kann. Die Leuchtdiode kann wiederum eine Sichtlicht-LED oder eine Infrarotlicht-LED sein. In den Ausführungsbeispielen kann das Lichtsendemodul 80 entweder in gleicher Richtung wie der Anschlussstecker 70 angebracht werden, wie es in der 11A dargestellt ist, oder in einer senkrecht zu dem Anschlussstecker 70 angebracht werden, wie es in der 11C dargestellt ist. Wie in der 11B und der 11D dargestellt, ist die Lichtaustrittsöffnung 91 des Gehäuses 90 L-förmig ausgeführt, wobei ein Reflektierspiegel 92 in einem Schrägwinkel von 45° an einer Bogenstelle der L-förmigen Lichtaustrittsöffnung angebracht ist, um das ausgesendete Licht senkrecht zu einer vorgesehenen Position abzulenken.
Anschließend wird die vorliegende Erfindung in einzelnen Gebrauchszuständen (Schritt S4–Schritt S7) unter Bezugnahme auf 12 wie folgt vorgestellt.

c) Konfigurieren des Arbeitsspeichers 52, der Lichtsensormodulgruppe 53 und die Verbindung zwischen dem Azimutwinkelsensor 54 und dem Lichtstrahlgerät 60 mittels des Mikroprozessors 51, wobei, wenn die Verbindung zustande kommt, der Azimutwinkelsensor 54 so initialisiert wird, dass die Lichtsensormodulgruppe 52 auf den Nullpunkt O gesetzt wird (Schritt S4).
d) Drehen der Lichtsensormodulgruppe 53 zusammen mit dem mit ihr gekoppelten Lichtstrahlgerät 60, sodass der Azimutwinkelsensor 54 eine erste Azimutwinkelgruppe α1-β1 erzeugt. Nachdem das Lichtstrahlgerät 60 den Lichtstrahl auf eine erste Messstelle A in einem Raum ausgestrahlt hat, wird die Lichtsensormodulgruppe 53 betätigt, sodass ein erstes Abbild P1 aufgenommen wird, wobei der Mikroprozessor 51 zuerst die erste Entfernung OA zwischen der ersten Messstelle und der Lichtsensormodulgruppe 53 berechnet. Dann werden bewegliche Koordinaten X1, Y1, Z1 aufgrund der erhaltenen, ersten Entfernung OA und der ersten Azimutwinkelgruppe α1-β1 berechnet, wobei die beweglichen Koordinaten (X1, Y1, Z1) nach den folgenden Formeln ermittelt werden können: X1 = OA × sin(β1) × cos(α1); Y1 = OA × sin(β1) × sin(α1); Und Z1 = OA × cos(β1) Die erhaltene erste Entfernung OA und die beweglichen Koordinaten (X1, Y1, Z1) werden dabei in dem Arbeitsspeicher 52 abgespeichert (Schritt S5).
e) Die Lichtsensormodulgruppe 53 wird weiter zusammen mit dem mit ihr gekoppelten Lichtstrahlgerät 60 gedreht, sodass der Azimutwinkelsensor 54 eine zweite Azimutwinkelgruppe α2, β2 erzeugt. Nachdem das Lichtstrahlgerät 60 den Lichtstrahl auf eine zweite Messstelle B in dem gleichen Raum ausgestrahlt hat, wird die Lichtsensormodulgruppe 53 betätigt, sodass ein zweites Abbild P2 aufgenommen wird, wobei der Mikroprozessor 51 zuerst die zweite Entfernung OB zwischen der zweiten Messstelle B und der Lichtsensormodulgruppe 53 berechnet. Dann werden bewegliche Koordinaten X2, Y2, Z2 aufgrund der erhaltenen, zweiten Entfernung OB und der zweiten Azimutwinkelgruppe α2-β2 berechnet, wobei die beweglichen Koordinaten X2, Y2, Z2 nach den folgenden Formeln ermittelt werden können: X2 = OB × sin(β2) × cos(α2); Y2 = OB × sin(β2) × sin(α2); Und Z2 = OB × cos(β2) Die erhaltene zweite Entfernung OB und die beweglichen Koordinaten X2, Y2, Z2 werden dabei in dem Arbeitsspeicher 52 abgespeichert (Schritt S6).
f) Ermitteln der Entfernung AB zwischen der ersten Messstelle A und der zweiten Messstelle B (Schritt S7), wobei der Mikroprozessor 51 die beweglichen Koordinaten X1, Y1, Z1 der ersten Messstelle A und die beweglichen Koordinaten X2, Y2, Z2 der zweiten Messstelle B abliest. Die ermittelte Entfernung AB wird mit der Formel

abgeleitet. Dann werden die gesamten Schritte der vorliegenden Erfindung beendet (Schritt S9).

Die vorliegende Erfindung umfasst zudem eine Verfahrensstufe g zur Flächeninhaltberechnung, wobei die Entfernung AB in dem Arbeitsspeicher abgespeichert wird, sodass der Mikroprozessor einen von der Strecke AB, der ersten Strecke OA und der zweiten Strecke OB eingeschlossenen Flächeninhalt berechnen kann (Schritt S8). Danach werden die gesamten Schritte der vorliegenden Erfindung beendet (Schritt S9).
Das Mobilgerät 50 umfasst außerdem ein Anzeigemodul 56 und ein für die Schritte c) bis g) geschriebenes Anwendungsprogramm 57, wobei das Anzeigemodul 56 elektrisch mit dem Mikroprozessor 51 verbunden wird, während das Anwendungsprogramm 57 in dem Arbeitsspeicher 52 abgespeichert wird. Durch Betätigung am Anzeigemodul 965 wird das Anwendungsprogramm 57 durch den Mikroprozessor 51 abgelesen und ausgeführt, wobei ein Menü M mit einer Option „Messen von Entfernung AB” und einer Option „Messen von Flächeninhalt OAB” auf dem Anzeigemodul 56 angezeigt wird.
In 13A ist der Gebrauchszustand der vorliegenden Erfindung bei einer Entfernungsmessung dargestellt, wobei der Lichtstrahl beliebig auf irgendeine erste Messstelle A und irgendeine zweite Messstelle B in einem Raum ausgestrahlt wird, nachdem der Benutzer die Option „Messen von Entfernung AB” in dem Menü M angedrückt hat, sodass eine Entfernung AB zwischen zwei beliebigen Punkten leicht und schnell herausberechnet wird. In 13B ist der Gebrauchszustand der vorliegenden Erfindung bei einer Flächeninhaltmessung dargestellt, wobei der Lichtstrahl beliebig auf eine erste Messstelle A und eine zweite Messstelle B in einem Raum ausgestrahlt wird, sodass die Entfernung AB, die erst Entfernung OA und die zweite Entfernung OB erzeugt werden, nachdem der Benutzer die Option „Messen von Flächeninhalt OAB” in dem Menü M angedrückt hat, was ermöglicht, dass der Benutzer leicht und schnell den zu berechnenden Flächeninhalt OAB anhand der eingeschätzten Entfernungen ermittelt. Aus dem gleichen Prinzip kann der Lichtstrahl beliebig auf irgendeine ausgewählte, dritte Messstelle C in dem gleichen Raum geworfen werden, um die beweglichen Koordinaten X3, Y3, Z3 der dritten Messstelle C herauszurechnen. Dann können die Entfernung BC zwischen der zweiten Messstelle B und der dritten Messstelle C und somit den von der Entfernung BC, der zweiten Entfernung OB und der dritten Entfernung OC eingeschlossenen Flächeninhalt OBC herausgerechnet werden. Als eine weitere Möglichkeit können die beiden Flächeninhalte OAB und OBC zu einem größeren Flächeninhalt OABC summiert werden, wodurch eine leichte und schnelle Flächeninhaltmessung mit einer besseren Erweiterbarkeit realisiert wird.
Mit anderen Worten: Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Messen einer Entfernung oder eines Flächeninhaltes mittels eines zusammen mit einem Lichtstrahlgerät 60 zusammenwirkenden Mobilgerätes 50 bereit, wobei das Lichtstrahlgerät 60 eine Lichtstrahlrichtung aufweist, die gleich wie die Aufnahmerichtung der Lichtsensormodulgruppe 53 des Mobilgerätes 50 ist, wodurch realisiert wird, dass der auf eine erste Messstelle A auftreffende Lichtstrahl und der auf eine zweite Messstelle B auftreffende Lichtstrahl eine erste Entfernung OA und eine zweite Entfernung OB erzeugen, welche beide zusammen mit einer durch den Azimutwinkelsensor 54 des Mobilgerätes 50 erfassten, ersten Azimutwinkelgruppe und einer durch den Azimutwinkelsensor 54 des Mobilgerätes 50 erfassten, zweiten Azimutwinkelgruppe (α1-β1), (α2-β2) zur Ableitung der beweglichen Koordinaten X1, Y1, Z1 der ersten und der zweiten Messstelle A, B verwendet werden, um eine Koordinatenentfernung AB der ersten und der zweiten Messstelle A, B leicht und schnell zu berechnen. Durch erweitere Berechnungen kann das gleiche Verfahren auch zur Berechnung eines von der Entfernung AB, der ersten Entfernung OA und der zweiten Entfernung OB eingeschlossenen Flächeninhaltes OAB verwendet werden, wodurch Funktionen der vorliegenden Erfindung erweitert werden, sodass sich die vorliegende Erfindung nicht für die Berechnung einer Entfernung zwischen zwei beliebigen Punkten, sondern auch für die Berechnung eines Flächeninhaltes anhand eingeschätzter Entfernungen eignet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

TW 289196 [0002]

Claims

Verfahren zum Messen einer Entfernung oder eines Flächeninhaltes mittels eines mit einem Lichtstrahlgerät zusammenwirkenden Mobilgerätes, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Bereitstellen eines Mobilgerätes (50), wobei das Mobilgerät (50) mindestens einen Mikroprozessor (51), einen Arbeitsspeicher (52), eine Lichtsensormodulgruppe (53) und einen Azimutwinkelsensor (54) umfasst, wobei der Mikroprozessor (51) elektrisch mit dem Arbeitsspeicher (52), der Lichtsensormodulgruppe (53) und dem Arzimutwinkelsensor (54) verbunden ist; b) Bereitstellen eines Lichtstrahlgerätes (60), das elektrisch mit dem Mobilgerät (50) so verbunden ist, dass das Lichtstrahlgerät (60) durch das Mobilgerät (50) angetrieben werden kann, wobei das Lichtstrahlgerät (60) eine Lichtstrahlrichtung aufweist, die gleich wie eine Aufnahmerichtung der Lichtsensormodulgruppe ist; c) Konfigurieren des Arbeitsspeichers (52), der Lichtsensormodulgruppe (53) und der Verbindung zwischen dem Azimutwinkelsensor (54) und dem Lichtstrahlgerät (60) mittels des Mikroprozessors (51), wobei, wenn die Verbindung zustande kommt, der Azimutwinkelsensor (54) so initialisiert wird, dass die Lichtsensormodulgruppe (52) auf den Nullpunkt (O) gesetzt wird; d) Drehen der Lichtsensormodulgruppe (53) zusammen mit dem mit ihr gekoppelten Lichtstrahlgerät (60), derart, dass der Azimutwinkelsensor (54) eine erste Azimutwinkelgruppe (α1-β1) erzeugt, wobei, nachdem das Lichtstrahlgerät (60) den Lichtstrahl auf eine erste Messstelle (A) in einem Raum ausgestrahlt hat, die Lichtsensormodulgruppe (53) betätigt wird, um ein erstes Abbild (P1) aufzunehmen, wobei der Mikroprozessor (51) zuerst die erste Entfernung (OA) zwischen der ersten Messstelle (A) und der Lichtsensormodulgruppe (53) berechnet, woraufhin unter Verwendung der ersten Entfernung (OA) und der ersten Azimutwinkelgruppe (α1-β1) bewegliche Koordinaten (X1, Y1, Z1) der ersten Messstelle (A) ermittelt werden, wobei die erste Entfernung (OA) und die beweglichen Koordinaten (X1, Y1, Z1) in dem Arbeitsspeicher (52) abgespeichert werden; e) Umlenken der Lichtsensormodulgruppe (53) zusammen mit dem mit ihr gekoppelten Lichtstrahlgerät (60), derart, dass der Azimutwinkelsensor (54) eine zweite Azimutwinkelgruppe (α2, β2) erzeugt, wobei, nachdem das Lichtstrahlgerät (60) den Lichtstrahl auf eine zweite Messstelle (B) in dem gleichen Raum ausgestrahlt hat, die Lichtsensormodulgruppe (53) betätigt wird, um ein zweites Abbild (P2) aufzunehmen, wobei der Mikroprozessor (51) zuerst die zweite Entfernung (OB) zwischen der zweiten Messstelle (B) und der Lichtsensormodulgruppe (53) berechnet, woraufhin bewegliche Koordinaten (X2, Y2, Z2) der zweiten Messstelle (B) unter Verwendung der zweiten Entfernung (OB) und der zweiten Azimutwinkelgruppe (α2-β2) ermittelt werden, wobei die zweite Entfernung (OB) und die beweglichen Koordinaten (X2, Y2, Z2) der zweiten Messstelle (B) in dem Arbeitsspeicher (52) abgespeichert werden; und f) Ablesen der beweglichen Koordinaten (X1, Y1, Z1) der ersten Messstelle (A) und der beweglichen Koordinaten (X2, Y2, Z2) der zweiten Messstelle (B) durch den Mikroprozessor (51), woraufhin die Entfernung (AB) zwischen der ersten Messstelle (A) und der zweiten Messstelle (B) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt g) des Ablesens der Entfernung (AB) und der ersten und der zweiten Entfernung (OA, OB) durch den Mikroprozessor (51), wobei ein von diesen eingeschlossener Flächeninhalt ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mobilgerät (50) ein Anzeigemodul (56) und ein für die Schritte c) bis g) geschriebenes Anwendungsprogramm (57) aufweist, wobei das Anzeigemodul (56) elektrisch mit dem Mikroprozessor (51) verbunden ist, während das Anwendungsprogramm (57) in dem Arbeitsspeicher (52) abgespeichert wird, und wobei durch Betätigung am Anzeigemodul (56) das Anwendungsprogramm (57) durch den Mikroprozessor (51) gelesen und ausgeführt wird, wobei ein Menü (M) mit einer Option „Messen von Entfernung (AB)” und einer Option „Messen von Flächeninhalt (OAB)” auf dem Anzeigemodul (56) angezeigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mobilgerät (50) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die ein Smartphone, einen Tabletcomputer und ein Entfernungsmesser aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtsensormodulgruppe (53) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die ein Kameramodul und eine Avalanche-Photodiode (APD) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtstrahlgerät (60) Folgendes aufweist: einen Anschlussstecker (70), der eine Leiterplatte (71) aufweist, deren Vorderseite mit einem zur elektrischen Verbindung dienenden Anschlussabschnitt (72) versehen ist, welcher an einen Datenübertragungs-Anschluss (55) oder eine Audiobuchse (55') angepasst ist und somit zur Entnahme der elektrischen Energie und der Signale in den Datenübertragungs-Anschluss (55) eingesteckt werden kann; ein Lichtsendemodul (80), das seitlich an der Leiterplatte (71) angebracht ist; einen Antriebsstromkreis (73), der zwischen der Leiterplatte (71) und dem Lichtsendemodul (80) geschaltet ist; und ein Gehäuse (90), in dem die Leiterplatte (71) und das Lichtsendemodul (80) so untergebracht sind, dass der zur elektrischen Verbindung dienende Anschlussabschnitt (72) des Anschlusssteckers (70) über die Innenseite des Gehäuses (90) hinausragt, und wobei umfangseitig an dem Gehäuse (90) eine Lichtaustrittsöffnung (91) ausgebildet ist, durch die das Lichtsendemodul (80) das Licht nach außen aussendet.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtsendemodul (80) Folgendes aufweist: einen Zylinderabschnitt (81); ein Leuchtelement (82), das in den Zylinderabschnitt (81) eingebaut ist und bodenseitig eine Mehrzahl von Anschlusspins (83) aufweist; und eine Optiklinse (84), die sich in dem Zylinderabschnitt (81) befindet und vor dem Leuchtelement (82) angeordnet ist, wobei das Leuchtelement (82) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die eine Laserdiode und eine Leuchtdiode aufweist, und wobei die Leuchtdiode aus einer Gruppe ausgewählt ist, die eine Sichtlicht-LED und eine Infrarotlicht-LED aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtsendemodul (80) und der Anschlussstecker (70) in gleicher Richtung oder senkrecht zueinander verlaufen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtaustrittsöffnung (91) des Gehäuses (90) L-förmig ausgeführt ist, wobei ein Reflektierspiegel (92) in einem Schrägwinkel von 45° an einer Bogenstelle der L-förmigen Lichtaustrittsöffnung angebracht ist, um das ausgesendete Licht senkrecht abzulenken und zu einer vorgesehenen Position weiterzuleiten.