NO20131730A1

NO20131730A1 - Fremgangsmåte for kalibrering for trigonometribaserte avstandsmålingssystemer i multiple media

Info

Publication number: NO20131730A1
Application number: NO20131730A
Authority: NO
Inventors: Ryan Wicks; Jason Gillham; Shawn Satchell
Original assignee: 2G Robotics Inc
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2014-06-23
Also published as: GB201322881D0; NO343635B1; US9612332B2; GB2509247A; US20140174149A1; GB2509247B

Description

OPPFINNELSENS FAGFELT

Den foreliggende oppfinnelsen er en fremgangsmåte for kalibrering av et trigonometrisk basert system for avstandsmåling i flere media.

OPPFINNELSENS BAKGRUNN

Trigonometrisk baserte systemer for avstandsmålinger blir benyttet til å innhente data som beskriver formen på et målobjekt, hvilket er godt kjent innen fagfeltet. Vanligvis kan slike systemer inkludere en eller flere strukturerte signalutsendende innretninger og en eller flere optiske sensorer for registrering av de strukturerte signalene. En strukturert signalutsendende anordning inkluderer de(n) innretningen(e), og et eller flere hus som er utstyrt med synsåpning eller vinduer der de strukturerte signalutsendende innretningene er montert. En sensoranordning inkluderer også de optisk(e) sensoren(e) og ett eller flere hus som er utstyrt med synsåpning eller vinduer.

Det strukturerte signalet er typisk rettet mot et punkt, eller et antall punkter, på målobjektet. Dersom punktet, eller antallet punkter, er innenfor et synsfelt for sensoren, så blir posisjonen(e) til punkt(ene) registrert av sensoren. Plasseringen av sensoren relativt til den strukturerte signalutsendende innretningen, det vil si deres geometriske forhold, er kjent i luft, fordi det kan måles. Vanligvis, hvilket er godt kjent i fagområdet, er de geometriske forholdene bestemt i luft. Plasseringen av det strukturerte signalets skjæringspunkt med målobjektet i sensorens synsåpning med den kjente informasjonen som gjelder posisjonen til den strukturerte signalutsendende innretningen og sensoren relativt til hverandre, gjør det mulig å bestemme posisjonen til et slikt skjæringspunkt. Avhengig av det strukturerte signalet, kan dets skjæringspunkt med målobjektet være i form av ett punkt eller et antall punkter, for eksempel et plan. Basert på den målte geometrien (det vil si den geometriske relasjonen) mellom sensoren og den signalutsendende innretningen og vinkelen til utsendingen og innsamlingsegenskaper til innretningen i det opererende medium, kan man oppnå distansemålinger. En stor mengde data kan oppnås, som resulterer i en 3D-sky, for å skaffe tilveie et veldig nøyaktig bilde eller modell av målobjektet.

Av herværende grunner blir et strukturert signal betraktet som å være et prøvesignal med en velkjent fysisk struktur som kan benyttes til å undersøke planløsningen til en ukjent scene (for eksempel et målobjekt) ved å måle hvordan det strukturerte signalet blir påvirket av scenen. Et eksempel på en strukturert signalutsendende innretning er en laserlys-plangenerator. Der det strukturerte signalet er en laserlys-plangenerator kan den optiske billedsensoren for eksempel være en ladningskoblet innretning ("CCD") eller en billedsensor laget av CMOS (det vil si en CMOS-sensor). Ulike typer optiske billedsensorer kan brukes, avhengig av de strukturerte signalene som genereres, hvilket er godt kjent innen fagfeltet.

For å generere data som beskriver i det minste en forhåndsvalgt del av målobjektet, er den strukturerte signalutsendende innretningen og sensoren flyttbare relativt til målobjektet, eller vice versa. For eksempel kan den strukturerte signalutsendende anordningen og sensoranordningen typisk være montert på et kjøretøy, over en plattform som beveger seg (for eksempel et transportbånd eller en roterende scene), eller en roterende ramme. Systemet for avstandsmåling blir så flyttet relatert til målobjektet eller vice versa, og en 3D punktsky blir så generert, ved å benytte en prosessor. Punktskyen er en høytoppløselig, 3D-representasjon av målobjektet som ble skannet. Slike systemer kan for eksempel benyttes til ingeniørinspeksjoner, arkeologiske undersøkelser og kartleggingsarbeide.

Et typisk trigonometribasert system for avstandsmåling 10 er skjematisk illustrert i

Fig. 1. Som man kan se i Fig. 1 inkluderer en konvensjonell strukturert signalutsendende anordning 12 en strukturert signalutsendende innretning 14 montert på innsiden av et første hus 16 der en første synsåpning er plassert. Ett eller flere strukturerte signaler sendes utfra den konvensjonelle strukturerte signalutsendende anordningen 12 og sendes gjennom den første synsåpningen 18 mot et målobjekt 20, hvilket er skjematisk indikert med referansetallet 21 i Fig. 1. Retningen til sendingen er vist i Fig. 1 med pil "A". For å forenkle illustrasjonen i Fig.

1, er det strukturerte signalet 21 vist som å krysse med målobjektet 20 i et punkt "P". Som kan ses i Fig. 1, inkluderer en konvensjonell sensoranordning 22 en sensor 24 som er montert i et andre hus 26 der en andre synsåpning 28 er plassert. Som illustrert i Fig. 1, er punktet "P" innenfor en synsåpning ("FOV" - [Field Of View]) definert av grenser som er skjematisk illustrert i Fig. 1 og identifisert som "L-T og "L2". Man vil forstå at FOV-en er tredimensjonal, sentrert rundt en optisk akse på sensoren.

Den geometriske relasjonen til den strukturerte signalutsendende innretningen 14 og sensoren 24, også definert i tre dimensjoner, kan forstås basert på Fig. 1. En grunnlinjedistanse 30 er definert som en rett linje eller grunnlinje 32 mellom den strukturerte signalutsendende innretningen 14 og sensoren 24. Sensoren 24 og innretningen 14 definerer begge respektive optiske akser 34, 36 derav. (Man vil forstå at de optiske aksene 34, 36 ikke nødvendigvis er i samme plan, selv om de er illustrert i bare to dimensjoner i Fig. 1.) Vinklene a og p, definert mellom den optiske aksen 34 og grunnlinjen 32, og mellom den optiske aksen 36 respektive grunnlinjen 32, definerer delvis den geometriske relasjonen mellom sensoren 24 og den strukturerte signalutsendende innretningen 14. Konvensjonelt blir den geometriske relasjonen bestemt i luft.

Som notert ovenfor blir, dersom punktet "P" på målobjektet 20 er innenfor FOV-en til sensor 24, det strukturerte signalet 21 avlest gjennom den andre synsåpningen 28 av sensoren 22. Dataene som fremskaffes på denne måten blir prosessert på en egnet prosessor (ikke vist i Fig. 1) for å bestemme plasseringen av punktet "P" relativt til et koordinatsystem til systemet 10. Typisk blir data for et stort antall punkter samlet for å skaffe tilveie tilstrekkelig informasjon til å beskrive målobjektet 20.

Vanligvis kan datainnsamlingsegenskapene til et trigonometribasert system for avstandsmåling variere avhengig av mediet det opererer i, og derfor påvirke muligheten for innretningen til nøyaktig å tolke vinkelen som signalet blir mottatt i, det vil si påvirke den oppfattede plasseringen av punktet "P" i sensorens synsåpning. Med dagens teknikk er kalibrering i driftsmiljøet påkrevet for å forstå vinkeloppførselen til sensoren i dette miljøet. Denne vinkelmessige variasjonen til mottageren er resultatet av at signaler utbrer seg gjennom et miljø (optisk miljø) med en annen hastighet enn i et annet miljø (et annet optisk miljø), hvilket er godt kjent innen fagfeltet.

Følgelig blir trigonometribaserte systemer som er konstruert for avstandsmåling og/eller 2D/3D punktsky-generering, konvensjonelt kalibrert i det optiske mediet der de skal opereres. Foreksempel kan det trigonometribaserte systemet for avstandsmåling opereres i luft (det vil si med målet, den strukturerte signalutsendende anordningen og sensoranordningen alle sammen plassert i luftomgivelser), eller i vann (det vil si med målet, den strukturerte signalutsendende anordningen og sensoranordningen alle sammen nedsenket i vann) eller i et annet optisk medium. Dersom et trigonometri basert system for avstandsmåling skal opereres i ulike optisk media (for eksempel luft og vann), er separate kalibreringer av hele systemet konvensjonelt påkrevet for hvert av disse to settene med kalibreringsegenskaper. For eksempel ville et trigonometribasert system for avstandsmåling som skal benyttes undervann, senkes helt ned for kalibrering under vann, i en vanntank eller et basseng.

Forskjellene mellom å operere i ulike optiske media oppstår på grunn av lysbrytning i optisk media-grensesnittet ved synsåpningen, hvilket er godt kjent i fagfeltet. På grunn av lysbrytning er ikke den tilsynelatende geometriske relasjonen mellom den strukturerte signalutsendende innretningen og sensoren den samme under vann som den målte geometriske relasjonen, det vil si som målt i luft. Den konvensjonelle løsningen på dette problemet er å kalibrere hele systemet i vann og i luft, for eksempel å kalibrere i luft, og også å senke ned hele systemet i vann for å bestemme den tilsynelatende geometriske relasjonen i vann.

På grunn av den følgende diskusjonen skal man forstå at det strukturerte signalet er et plan av laserlys.

Oppsummert kan det sees slik at kalibreringen av det trigonometribaserte lasersystemet for avstandsmåling typisk involverer to bestemte trinn: først å bestemme de optiske egenskapene til sensoren og lasersenderen, og å bestemme den romlige relasjonen mellom lasersenderen og sensoren. Det første av disse to trinnene, kamerakalibreringen, produserer en kameramatrise basert på en hullkameramodell som avbilder 2D kamera-sensorposisjoner inn i 3D-enhetsvektorer som måles relativt til et ideelt hull (det vil si det prinsipielle punktet til kameraet/sensoren). Se for eksempel Zhang, Zhengyou, "Flexible camera calibration by viewing a plane from unknown orientations", Proceedings of the International Conference on Computer Vision (ICCV99), pp. 666-673, IEEE 0-7695-0164-8/99, Kerkyra, Greece, September 20-27, 1999. Det andre trinnet til den konvensjonelle laserskanner kalibreringsprosessen måler posisjonen (det vil si den geometriske relasjonen, tilsynelatende og på annen måte) til det aktuelle laserlysplanet i fysiske enheter relativt til kamera/sensorens prinsipielle punkt, i hvert optiske medium av interesse.

Det første trinnet i den konvensjonelle kalibreringsprosessen er spesifikk for selve kameraet alene, men det andre trinnet er avhengig av den relative plasseringen og orienteringen til sensoren og laserplanet.

Denne metodelæren kan utvides til andre signaler og sensortyper ved at det første trinnet i kalibrering er å bestemme, for et bestemt medium, hva vinkelmodellen (det vil si konfigurasjon av synsåpningen) er for sensoren. I det andre trinnet, basert på denne vinkelmodellen, blir målinger gjort for å bestemme den geometriske relasjonen (tilsynelatende og på annen måte) mellom sensoren og den strukturerte signalutsendende innretningen, i hvert optiske medium av interesse.

Imidlertid har dagens fremgangsmåter noen ulemper. For eksempel er det, i noen situasjoner, ikke praktisk å kalibrere et system i sitt tiltenkte operasjonsmiljø (for eksempel både i luft og i vann), på grunn av kostnadsmessige eller sikkerhetsbegrensninger. Dette betyr at kalibrering av hele systemet i vann for eksempel kan være vanskelig, dersom systemet er relativt stort. Videre krever normalt reparasjoner eller erstatning av individuelle komponenter i systemet normalt en komplett system-rekalibrering, det vil si i hvert optiske medium av interesse.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

På grunn av de foregående årsakene er det behov for en fremgangsmåte for kalibrering av trigonometribaserte systemer for avstandsmåling som overkommer eller demper en eller flere av feilene med dagens teknikker.

Den foreliggende oppfinnelsen gjør det mulig å kalibrere et slikt system i luft, og konvertere denne kalibreringen til en som er egnet for bruk under vann ved å måle egenskaper ved sensor- og laseranordninger undervann separat. Videre tillater denne fremgangsmåten å erstatte individuelle komponenter i et system, uten at det er påkrevet med en full system-rekalibrering.

I sitt brede aspekt skaffer oppfinnelsen tilveie en fremgangsmåte for kalibrering av et trigonometribasert system for avstandsmåling i luft og vann, der det trigonometribaserte systemet for avstandsmåling inkluderer en strukturert signalutsendende innretning for utsending av et strukturert signal og en sensor som har en synsåpning for måling av signaler utsendt av den strukturerte signalutsendende innretningen. Den strukturerte signalutsendende innretningen og sensoren har også en geometrisk relasjon som er målt i luft. Fremgangsmåten inkluderer, i både luft og vann, å bestemme en sensormatrise for den respektive sensoren deri. Rotasjon og translasjon av en optisk akse for sensoren blir målt relativt til en ideell sensors optiske akse overveiende definert av et sensorhus der sensoren er montert, ved å bestemme rotasjonen og translasjonen av en sensors koordinatsystem for sensoren i hver av luft og vann samtidig, å skaffe tilveie en rotasjon/translasjonsmatrise for synsåpningen i respektive luft og vann. Rotasjon av en innretnings optiske akse for innretningen blir målt relativt til en ideell innretnings optiske akse overveiende definert av et innretningshus der innretningen er montert, ved å bestemme en relativ endring i en vinkel for det strukturerte signalet, mellom det strukturerte signalet i luft respektive det strukturerte signalet i vann, for å generere en rotasjonsmatrise som skal anvendes på det strukturerte signalet.

I et annet aspekt inkluderer fremgangsmåten å anvende rotasjons/translasjons-matrisen på det strukturerte signalet, og å anvende innretningens rotasjonsmatrise på det strukturerte signalet for å bestemme en tilsynelatende geometrisk relasjon mellom den strukturerte signalutsendende innretningen og sensoren i vann.

I nok et annet aspekt skaffer oppfinnelsen tilveie måling av rotasjon og translasjon av en ny optisk sensorakse til en ny sensor relativt til en ideell ny optisk sensorakse overveiende definert av et nytt sensorhus der den nye sensoren er montert, ved å bestemme rotasjonen og translasjonen av en ny sensors koordinatsystem til den nye sensoren samtidig i luft respektive vann. En eller flere forskjeller mellom rotasjons/translasjons-matrisen og den nye rotasjons/translasjons-matrisen blir bestemt. Rotasjons/translasjons-matrisen blir rotert og konvertert med forskjellen for å justere rotasjons/translasjons-matrisen for ett eller flere avvik mellom ikke-ideelle forhold som er assosiert med sensoren og sensorhuset og nye ikke-ideelle forhold som er assosiert med den nye sensoren og det nye sensorhuset, for å skaffe tilveie en ny rotasjons/translasjons-matrise til den nye sensorens synsåpning i luft respektive vann.

I et annet av dens aspekter tilveiebringer oppfinnelsen målerotasjon for en ny optisk innretningsakse til en ny innretning som genererer et nytt strukturert signal relativt til en ideell ny optisk innretningsakse som overveiende er definert av et nytt innretningshus der den nye innretningen er montert, ved å bestemme en ny relativ endring i en vinkel på det nye strukturerte signalet mellom luft og vann. En eller flere forskjeller blir bestemt mellom den relative endringen og den nye relative endringen. Den nye optiske aksen til den nye innretningen blir rotert av innretningsforskjellen, for å justere innretningsrotasjonsmatrisen til en eller flere unøyaktigheter mellom ikke-idealiteter assosiert med innretningen og innretningshuset og nye ikke-idealiteter assosiert med den nye innretningen respektive det nye innretningshuset, for å generere en ny rotasjonsmatrise som skal anvendes til det nye strukturerte signalet.

I et annet av dens aspekter skaffer oppfinnelsen tilveie en fremgangsmåte for kalibrering av et trigonometribasert system for avstandsmåling inkludert en strukturert signalutsendende anordning med en innretning for utsendelse av et eller flere strukturerte signaler montert i et innretningshus, der innretningshuset overveiende definerer en ideell innretningsakse. Det trigonometribaserte systemet for avstandsmåling inkluderer også en sensoranordning med en sensor som har en eller flere synsåpninger der det strukturerte signalet kan detekteres av sensoren, der sensoren er montert i et sensorhus, der sensorhuset overveiende definerer en ideell sensorakse. Den strukturerte signalutsendende innretningen og sensoren har også en geometrisk relasjon som er målt i et første medium. Fremgangsmåten inkluderer å sende det strukturerte signalet fra innretningen via det første mediet mot en eller flere punkter på et målobjekt, og bestemme en første sensormatrise som er assosiert med det første mediet etter at sensoren registrerer det strukturerte signalet på punktet gjennom det første mediet. Det strukturerte signalet blir sendt fra innretningen via et andre medium mot en eller flere steder på målobjektet, og en andre kameramatrise som er assosiert med det andre mediet, blir bestemt etter at sensoren registrerer det strukturerte signalet på stedet gjennom det andre mediet. Rotasjon og translasjon av en sensorakse til sensoren blir målt relativt til den ideelle sensoraksen ved å måle rotasjonen og translasjonen til et sensor-koordinatsystem for denne i hvert av det første mediet og det andre mediet, for å skaffe tilveie en rotasjons/translasjons-matrise for synsåpningen for å justere for ikke-idealiteter i sensoranordningen. Rotasjon av en innretningsakse til innretningen blir målt relativt til den ideelle innretningsaksen ved å måle en relativ endring i en vinkel mellom et plan definert av det strukturerte signalet, mellom det strukturerte signalet i det første mediet respektive det strukturerte signalet i det andre mediet, for å generere en innretnings-rotasjonsmatrise som skal anvendes på det strukturerte signalet for å justere for ikke-idealiteter i den strukturerte signalutsendende anordningen.

I nok et annet aspekt, inkluderer oppfinnelsen å anvende rotasjons/translasjons-matrisen til nevnte minst ene strukturerte signal, og anvende innretnings-rotasjonsmatrisen på nevnte minst ene strukturerte signal, for å bestemme en tilsynelatende geometrisk relasjon mellom den strukturerte signalutsendende innretningen og sensoren i det andre mediet.

I et annet av dens aspekter, inkluderer oppfinnelsen å måle rotasjon og translasjon av en ny sensorakse til en ny sensor relativt til en ideell ny sensorakse overveiende definert av et nytt sensorhus der den nye sensoren er montert, ved å bestemme rotasjonen og translasjonen av et nytt sensor-koordinatsystem for den nye sensoren i hvert av det første og det andre mediet samtidig, for å skaffe tilveie en ny rotasjons/translasjons-matrise for en ny synsåpning til den nye sensoren i hvert av det første respektive det andre mediet, og å bestemme en eller flere forskjeller mellom rotasjons/translasjons-matrisen og den nye rotasjons/translasjons-matrisen. Rotasjons/translasjons-matrisen blir rotert og konvertert av forskjellen, for å justere rotasjons/translasjons-matrisen for en eller flere uoverensstemmelser mellom ikke-idealiteter assosiert med sensoren og sensorhuset, og nye ikke-idealiteter assosiert med den nye sensoren og det nye sensorhuset, for å skaffe tilveie en ny rotasjons/translasjons-matrise til den nye sensorens synsåpning i det første mediet respektive det andre mediet.

I et annet aspekt inkluderer oppfinnelsen å måle rotasjonen til en ny innretningsakse til en ny innretning relativt til en ideell ny innretningsakse overveiende definert av et nytt innretningshus der den nye innretningen er montert, ved å bestemme en ny relativ endring i en vinkel til det nye strukturerte signalet mellom det første og det andre mediet, der den nye innretningen genererer et nytt strukturert signal, som bestemmer en eller flere forskjeller mellom den relative endringen og den nye relative endringen, og roterer den nye aksen til den nye innretningen med innretningsdifferansen, for å justere innretnings-rotasjonsmatrisen foren eller flere ulikheter mellom ikke-idealiteter assosiert med innretningen og innretningshuset og nye ikke-idealiteter assosiert med den nye innretningen og det nye innretningshuset, for å generere en ny rotasjons/translasjons-matrise som skal anvendes på det nye strukturerte signalet.

I nok et aspekt er den konvensjonelt strukturerte signalutsendende anordningen plassert på et grensesnitt mellom det første mediet og det strukturerte signalet er overveiende normalt på grensesnittet, der det strukturerte signalet er rettet mot en overveiende plan overflate plassert overveiende normalt på grensesnittet og befinner seg i en forhåndsbestemt avstand fra innretningen, for å generere innretnings-rotasjonsmatrisen.

I et annet aspekt skaffer oppfinnelsen tilveie en fremgangsmåte for bestemmelse av rotasjon og translasjon av et koordinatsystem som er definert av en sensor til et trigonometribasert system for avstandsmåling der sensoren er plassert i et sensorhus, der sensorhuset inkluderer en sensor-synsåpning der et strukturert signal sendes gjennom til sensoren, der sensorhuset overveiende definerer en ideell akse. Fremgangsmåten inkluderer samtidige målinger av et fiksert symmetrisk mål med kjent geometri i et første medium og i et andre medium for å bestemme synlige forskjeller mellom målet i det første mediet og målet i det andre mediet, og å bestemme, basert på synlige forskjeller, rotasjon og translasjon av et koordinatsystem definert av sensoren idet den flytter sensoren fra det første mediet til det andre mediet for å skaffe tilveie en rotasjons/translasjons-matrise som kan anvendes på det strukturerte signalet.

I nok et annet aspekt blir det fikserte symmetriske målet observert samtidig av sensoren i hvert av det første mediet og det andre mediet.

I et annet av sine aspekter er sensoranordningen plassert på et grensesnitt mellom det første mediet og det andre mediet, der grensesnittet overveiende halverer sensor-synsvidden.

I et annet aspekt inkluderer det fikserte symmetriske målet en overveiende plan overflate som er rettet mot sensoren, den kjente geometrien til det fikserte målet inkluderer et mønster som symmetrisk deler seg i et symmetriplan, og symmetriplanet befinner seg overveiende på grensesnittet.

I et annet av sine aspekter tilveiebringer oppfinnelsen en fremgangsmåte for måling av en virkelig vinkelavbøyning av en eller flere strukturerte signaler på grunn av lysbrytning som et resultat fra en eller flere ikke-idealiteter i en posisjon for en strukturert signalutsendende innretning i et innretningshus, der innretningshuset inkluderer en synsåpning med overveiende parallelle plane overflater derpå, gjennom hvilken det nevnte strukturerte signalet blir sendt. Fremgangsmåten inkluderer å posisjonere den strukturerte signalutsendende innretningen ved et grensesnitt mellom et første medium og et andre medium slik at grensesnittet overveiende halverer synsåpningen og at det strukturerte signalet er overveiende normalt på grensesnittet, å posisjonere en overveiende plan overflate som definerer et målplan i grensesnittet i en forhåndsbestemt avstand fra synsåpningen, der overflaten er overveiende normalt på grensesnittet, å sende ut det strukturerte signalet fra den strukturerte signalutsendende innretningen gjennom synsåpningen og inn på overflaten, å bestemme en vinkeldifferanse mellom skjæringen til det strukturerte signalet på målplanet i det første mediet og skjæringen til nevnte minst ene strukturerte signal på målplanet i det andre mediet basert på en målt differanse mellom skjæringer mellom det strukturerte signalet og målplanet i det første og det andre mediet, å og prosessere den forhåndsbestemte distansen, den målte distansen og vinkeldifferansen for å produsere en rotasjons/translasjons-matrise som kan anvendes på det strukturerte signalet.

I nok en annen av sine aspekter skaffer oppfinnelsen tilveie en fremgangsmåte for

kalibrering av et trigonometribasert system for avstandsmåling i luft og vann, der det trigonometribaserte systemet for avstandsmåling har en strukturert signalutsendende innretning for utsending av et strukturert signal og en sensor som har en synsåpning for registrering av signaler som sendes ut av den strukturerte signalutsendende innretningen, der den strukturerte signalutsendende innretningen og sensoren har en geometrisk relasjon målt i luft. Fremgangsmåten inkluderer, i både luft og vann, å bestemme en sensormatrise for den respektive sensoren. Rotasjon og translasjon av en optisk sensorakse til sensoren blir målt relativt til en ideell optisk sensorakse definert av et sensorhus der sensoren er montert, ved å bestemme rotasjon og translasjon til en sensors koordinatsystem til en sensor i både luft og vann samtidig,

for å skaffe tilveie en rotasjons/translasjons-matrise for synsåpningen i i hver av luft respektive vann. Rotasjon og translasjon av en ny sensor optisk akse til en ny sensor blir målt relativt til en ideell ny sensor optisk akse overveiende definert av et nytt sensorhus der den nye sensoren er montert, ved å bestemme rotasjon og translasjon til ett nytt sensor-koordinatsystem til den nye sensoren i hver av luft og vann samtidig, å skaffe tilveie en ny rotasjons/translasjons-matrise til den nye sensoren i hver av luft respektive vann.

I andre av sine aspekter skaffer oppfinnelsen tilveie en fremgangsmåte for kalibrering av et trigonometribasert system for avstandsmåling i luft og vann, der det trigonometribaserte systemet for avstandsmåling inkluderer en strukturert signalutsendende innretning, der den strukturerte signalutsendende innretningen og sensoren har en geometrisk relasjon målt i luft. Fremgangsmåten inkluderer i både luft og vann å bestemme en sensormatrise til hver respektive sensor. Rotasjon og translasjon av en optisk sensorakse til sensoren blir målt relativt til en ideell optisk sensorakse som overveiende er definert av et sensorhus der sensoren er montert, ved å bestemme rotasjonen og translasjon av et sensor-koordinatsystem til sensoren samtidig i luft og vann, for å skaffe tilveie en rotasjons/translasjons-matrise for synsåpningen i luft respektive vann. Rotasjon av en innretnings optiske akse blir målt relativt til en ideell innretnings optiske akse overveiende definert av et innretningshus der innretningen er montert, ved å bestemme en relativ endring av en vinkel i det strukturerte signalet, mellom det strukturerte signalet i luft respektive det strukturerte signalet i vann, for å generere en innretnings rotasjonsmatrise som skal anvendes på det strukturerte signalet. Rotasjon av en ny innretnings optiske akse til en ny innretning som genererer et nytt strukturert signal blir målt relativt til en ideell ny innretnings optiske akse overveiende definert med et nytt innretningshus der den nye innretningen er montert, ved å bestemme en ny relativ endring av en vinkel til det nye strukturerte signalet mellom luft og vann. En eller flere innretningsforskjeller blir bestemt mellom den relative endringen og den nye relative endringen. Den nye optiske aksen til den nye innretningen blir rotert av nevnte minst ene innretningsforskjellen, for å justere innretningens rotasjonsmatrise for minst en forskjell assosiert med den nye innretningen respektive det nye innretningshuset, for å generere en nyt rotasjonsmatrise som skal anvendes på det nye strukturerte signalet.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Oppfinnelsen vil bli bedre forstått med referanse til de vedheftede tegningene der: Fig. 1 (også beskrevet tidligere) er en skjematisk illustrasjon av et trigonometribasert system for avstandsmåling; Fig. 2A er et flytskjema som skjematisk illustrerer en utførelsesform av en fremgangsmåte til oppfinnelsen; Fig. 2B er et flytskjema som skjematisk illustrerer en annen utførelsesform av en fremgangsmåte til oppfinnelsen; Fig. 2C er et flytskjema som skjematisk illustrerer en annen utførelsesform av en fremgangsmåte til oppfinnelsen; Fig. 3A er en skjematisk illustrasjon av en utførelsesform av et trigonometribasert system for avstandsmåling til oppfinnelsen; Fig. 3B er en skjematisk illustrasjon av en sensoranordning til oppfinnelsen, tegnet i større målestokk; Fig. 3C er en skjematisk illustrasjon av en utførelsesform av en strukturert signalutsendende anordning til oppfinnelsen; Fig. 4A er en skjematisk illustrasjon av en utførelsesform av en sensoranordning til oppfinnelsen, tegnet i mindre målestokk; Fig. 4B er en annen skjematisk illustrasjon av sensoranordningen i Fig. 4A; Fig. 4C er en skjematisk illustrasjon av en utførelsesform av en strukturert signalutsendende anordning til oppfinnelsen; Fig. 5 er en skjematisk illustrasjon av en utførelsesformer av et system til oppfinnelsen, tegnet i mindre målestokk; Fig. 6A er en skjematisk visning sett ovenfra av en utførelsesform av et apparat som utnyttes i en utførelsesform av oppfinnelsen; Fig. 6B er en visning forfra av en utførelsesform av en optisk sensorkalibreringsplate når denne er observert i et enkelt optisk medium, tegnet i større målestokk; Fig. 6C er en illustrasjon som skaffer tilveie et eksempel på utseendet til den optiske sensorkalibreringsplaten i Fig. 6B når denne observeres i to optiske media samtidig; Fig. 6D er en sidevisning av elementene i Fig. 6A; Fig. 7A er en visning forfra av en utførelsesform av et apparat som utnyttes i en utførelsesform av en fremgangsmåte til oppfinnelsen for måling av rotasjonen til et laserlysplan mellom to optiske media, tegnet i mindre målestokk; Fig. 7B er en visning forfra av en utførelsesform av en overveiende plan overflate som viser skjæringen til to laserplan, adskilt av lysbrytningen i forskjellige optiske media og overflaten; Fig. 7C er en skjematisk visning ovenfra av apparatet i Fig. 7A; Fig. 8A er en skjematisk illustrasjon av en ny sensor som er plassert i et sensorhus, tegnet i større målestokk; og Fig. 8B er en skjematisk illustrasjon av en ny strukturert signalutsendende innretning plassert i et innretningshus.

DETALJERT BESKRIVELSE

I de vedheftede tegningene skal like referansetall bety korresponderende elementer gjennom hele dokumentet. For å forenkle beskrivelsen, er tall som tidligere er benyttet til å beskrive Fig. 1 bli benytte igjen etter å ha økt tallene med 100 der delene som skal beskrives korresponderer med deler som allerede er beskrevet. Referanse blir gjort til Fig. 2A-2C for å beskrive en utførelsesform av en fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen som er indikert generelt med tallet 140 (Fig. 2A).

Fremgangsmåten 140, som er en utførelsesform av fremgangsmåten til oppfinnelsen, er til for å kalibrere et trigonometribasert system for avstandsmåling 110 (Fig. 3A) i luft og vann. Det er å foretrekke at det trigonometribaserte systemet for avstandsmåling 110 inkluderer en strukturert signalutsendende innretningen 114 til å sende ut et strukturert signal 121 og en sensor 124 som har en synsåpning for registrering av signaler som sendes ut av den strukturerte signalutsendende innretningen 114, den strukturerte signalutsendende innretningen 114 og sensoren 124 haren geometrisk relasjon målt i luft. I en utførelsesform inkluderer fremgangsmåten fortrinnsvis, i både luft og vann, å bestemme en respektive sensormatrise til sensoren 124 (trinn 142, Fig. 2A). Det er også å foretrekke at rotasjonen og translasjonen av en optisk sensorakse 134 til sensoren 124 blir målt relativt til en ideell optisk sensorakse 144 (Fig. 3B) overveiende definert av sensorhuset 126 der sensoren 124 er montert, ved å bestemme rotasjonen og translasjonen til et sensor-koordinatsystem til sensoren 124 i både luft og vann samtidig, for å skaffe tilveie en rotasjons/translasjons-matrise for synsåpningen til luft respektive vann (trinn 146). Fremgangsmåten 140 inkluderer fortrinnsvis også det å måle rotasjonen til en optisk innretningsakse 136 til innretningen 114 relativt til en ideell optisk innretningsakse 148 (Fig. 3C) overveiende definert av en innretnings hus 116 der innretningen 114 er montert, ved å bestemme en relativ endring i en vinkel Y til det strukturerte signalet (Fig. 4C), mellom det strukturerte signalet i luft respektive det strukturerte signalet i vann, for å generere en innretnings rotasjonsmatrise som skal anvendes på det strukturerte signalet 121 (trinn 150).

I en annen utførelsesform inkluderer fremgangsmåten 140 fortrinnsvis trinnet med å anvende rotasjons/translasjons-matrisen på det strukturerte signalet (trinn 154, Fig. 2A). Det er også å foretrekke at fremgangsmåten inkluderer å anvende innretningens rotasjonsmatrise på det strukturerte signalet (trinn 156), for å bestemme en opptredende geometrisk relasjon til den strukturerte signalutsendende innretningen og sensoren i vann.

Fremgangsmåten til oppfinnelsen tillater et trigonometribasert system for avstandsmåling 110 som er blitt kalibrert i et første transmissivt medium, å benyttes i et andre transmissivt medium uten å gjennomføre en full kalibrering av det andre mediet, ved å måle og korrigere for små unøyaktigheter i produksjon og/eller mekanisk montasje av sensoren og den strukturerte signalutsendende innretningen.

I den foregående beskrivelsen av fremgangsmåten 140 til oppfinnelsen er de to transmissive media av interesse luft og vann. Imidlertid vil man forstå at fremgangsmåten til oppfinnelsen kan benyttes relatert til hvilke som helst to eller flere transmissive medier. I tillegg vil man forså, selv om eksemplene som er beskrevet her angår transmisjon av laserlys i optiske media, at fremgangsmåten til oppfinnelsen kan anvendes til enhver annen form for signaler, slike som akustiske, der et signal blir sendt ut og mottatt for å få tak i geometrisk informasjon.

Som beskrevet ovenfor, dersom det trigonometribasert systemet for avstandsmåling 10 i dagens teknikk skal benyttes i et andre optisk medium, så er det slik i dagens teknikk at man utfører begge trinnene til den konvensjonelle kalibreringsfremgangsmåten (det vil si optisk kalibrering av sensoren, og måling av relasjonen mellom laseren og sensoren) i det andre optiske mediet, så vel som i det første optiske mediet. Som bemerket ovenfor, vil små unøyaktigheter i produksjon og montering koblet med avbøyningsvirkninger introdusere små endringer i den tilsynelatende posisjonen til laserplanet, hvilket krever at en ny kalibrering må gjennomføre. Av denne grunn blir unøyaktigheter i produksjon og montering i både den strukturerte signalutsendende innretningen og sensoren samlet referert til som "ikke-idealiteter".

En utførelsesform av det trigonometribaserte systemet for avstandsmåling 110 er skjematisk illustrert i Fig. 3A. I en utførelsesform inkluderer det trigonometribaserte systemet for avstandsmåling 110 fortrinnsvis en strukturert signalutsendende anordning 112 som inkluderer den strukturerte signalutsendende innretningen 114 og innretningshuset 116 der innretningen 114 er montert. Systemet 110 inkluderer med fordel også en sensoranordning 122 som inkluderer sensoren 124 og sensorhuset 126 der sensoren 124 er montert. Sensorhuset 126 inkluderer fortrinnsvis en sensor-synsåpning 128, og sensorhuset 116 inkluderer med fordel en sensor-synsåpning 118.

Som man også kan se i Fig. 3A, i det trigonometribaserte systemet for avstandsmåling 110, har innretningen 114 og sensoren 124 en geometrisk relasjon som i de minste delvis er bestemt av en grunnlinjedistanse 130 målt langs en rett linje 132 mellom innretningen 114 og sensoren 124 og vinklene 1a, 1(3 definert mellom de aktuelle optiske aksene 134, 136 og linjen 132. Som bemerket ovenfor, blir den geometriske relasjonen fortrinnsvis bestemt i luft.

Sensoren 124 har en synsåpning 157 som er definert av dens sider 1 Li og 11_2. (Man vil forstå at synsåpningen 157 definerer en tredimensjonal overveiende konisk form.) Data som genereres av sensoren 124 og innretningen 114 blir prosessert i en egnet prosessor 152 som fortrinnsvis er inkludert i systemet 110. Selv om prosessoren 152 er illustrert som å være direkte koblet til innretningen 114 og sensoren 124, vil fagpersoner forstå at data kan sendes mellom prosessoren 152 og sensoren 124, og mellom prosessoren og innretningen 114, på enhver egnet måte. I Fig. 3A skjærer laserlyset målobjektet 20 i et punkt (eller en serie med punkter, eller sted(er)) som er skjematisk illustrert med punktet "P-T.

De optiske aksene 134, 136 som er illustrert i Fig. 3A er de virkelige optiske aksene, som skiller seg fra de "ideelle" optiske aksene 144, 148 (Fig. 3B og 3C) på den måten at disse posisjonene til de virkelige optiske aksene er basert på de virkelige posisjonene til sensoren 124 i sensorhuset, og den strukturerte signalutsendende innretningen 114 i innretningshuset 116, slik at ikke-idealiteter blir tatt hensyn til. Selv om avviket til den virkelige aksen fra "design" (eller "ideal") -aksen er relativt liten i hvert tilfelle, blir slike avvik signifikante, og dets virkning blir skjerpet av avbøynings-effekter, hvilket vil bli beskrevet.

Fremgangsmåten til oppfinnelsen gjør det mulig å overføre en kalibrering som er tatt i ett optisk medium, inn i et annet optisk medium uten å utføre en full konvensjonell kalibrering i hvert slikt medium. Foreksempel gjør fremgangsmåten til oppfinnelsen det mulig, som beskrevet ovenfor, i en utførelsesform, å overføre en kalibrering foretatt i luft inn til vann, uten å utføre en full konvensjonell kalibrering i vann.

I generelle termer involverer oppfinnelsens fremgangsmåte fortrinnsvis å

karakterisere individuelle systemkomponenter i begge optiske media av interesse og å benytte parameterne fra de individuelle karakteristikkene til å transformere en kjent kalibrering av et fullt system fra et av de optiske media inn til det andre. Dette gjøres ved å måle avbøyningsendringer på grunn av ikke-lineariteter som er spesifikke for både sensoren 124 og den strukturerte signalutsendende innretningen 114 og å korrigere for disse ikke-idealitetene i kalibreringen. Ved å måle og korrigere for disse små optiske endringene (det vil si bare de som er forårsaket av ikke-idealiteter) mellom to optiske media kan de relative posisjonene mellom sensoren og den strukturerte signalutsendende innretningen 114 målt i ett medium (det vil si den geometriske relasjonen, som målt i det første optiske mediet) brukes direkte i et annet. Videre er det mulig, ved å karakterisere de individuelle komponentene i systemet, og justere kalibreringen til å korrigere for ikke-idealiteter, å erstatte disse komponentene til det trigonometribaserte systemet for avstandsmåling uten at det krever en full system-re-kalibrering.

I Fig. 3B er sensoranordningen 122 skjematisk illustrert for å vise virkningen av ikke-idealiteter. Sensoren 124 (det vil si den virkelige sensoren) er skissert med heltrukne linjer, og konturen til en ideell sensor 124' er vist med prikket linje. Som notert ovenfor, kan ikke-idealiteter komme på grunn av mindre feil i produksjonen (det vil si av sensoren 124, sensorhuset 126 eller andre komponenter som er inkludert i sensoranordningen 122) og/eller mindre feil i monteringen av sensoren 124 i sensorhuset 126. Man vil forstå at forskjellene mellom sensor 124 og den ideelle sensoren 124' er overdrevne i Fig. 3B for å gi en tydelig illustrasjon.

Man vil forstå at sensorhuset 126 inkluderer synsåpningen 128 og definerer et hulrom 158 der sensoren 124 er montert. Hulrommet 158 inneholder fortrinnsvis luft, som har en brytningsindeks som i diskusjonshensikt refereres til som en første brytningsindeks. Som fagpersoner vil være fullt klar over, er synsåpningen 128 fortrinnsvis laget i hvilket som helst egnet materiale. For eksempel kan synsåpningen 128 være laget av glass eller en egnet akrylplast. Fagpersoner vil forstå at synsåpninger fortrinnsvis er utformet slik at de minsker forstyrrelse av strukturerte signaler som sendes gjennom disse. Sensor-synsåpningen 128 har en andre brytningsindeks, og det optiske mediet 160 (Fig. 3A) som er plassert på utsiden av huset har nok en brytningsindeks, med mindre det optiske mediet 160 er luft. Som man kan se i Fig. 3B, er nettoresultatet av ikke-idealitetene at den virkelige optiske sensoraksen 134 blir rotert og konvertert fra den ideelle optiske sensoraksen 144. Man vil forstå at posisjonen til den virkelige optiske sensoraksen 134 blir beskrevet relativt til den ideelle optiske sensoraksen 144 i tre dimensjoner. Den ideelle optiske sensoraksen 144 er definert av et ideelt sensorhus, det vil si et som er plassert overveiende der sensorhuset 126 er plassert, men som ikke har noen ikke-idealiteter.

Innretningsanordningen 112 er skjematisk illustrert i Fig. 3C. Innretningshuset 116 definerer et hulrom 159 i seg der innretningen 114 er montert. Synsåpningen 118 kan fortrinnsvis være laget av et hvilket som helst egnet materiale, for eksempel glass eller akrylplast og utformet slik at den minimaliserer forvrengning av strukturerte signaler som sendes gjennom denne. Man vil forstå at hulrommet 159 fortrinnsvis har luft i seg. Den virkelige strukturerte signalutsendende innretningen 114 er illustrert med heltrukne linjer, og en ideell sensor 114' er vist med prikket kontur. Som man kan se i Fig. 3C har, på grunn av ikke-idealiteter, den virkelige optiske aksen 136 blitt rotert fra den ideelle innretningens optiske akse 148. Man vil forstå at forskjellene mellom innretningen 114 og den ideelle innretningen 114' er overdrevne av illustrasjonshensyn. Den ideelle optiske innretningsaksen 148 er definert av et ideelt innretningshus, det vil si et som er plassert overveiende der innretningshuset 116 er plassert, men som ikke har noen ikke-idealiteter.

Et eksempel på bruk av en fremgangsmåte fra oppfinnelsen for å erstatte sensoren 124 er som følger. I en utførelsesform inkluderer en fremgangsmåte 241 fra oppfinnelsen å måle rotasjon og translasjon av en ny optisk sensorakse 234 til en ny sensor 224 (Fig. 8A) relativt til en ideell ny optisk sensorakse 244 overveiende definert av et nytt sensorhus 226 der den nye sensoren 224 er montert, ved å bestemme rotasjonen og translasjonen til et nytt sensorkoordinatsystem til den nye sensoren 224 i både luft og vann samtidig, for å skaffe tilveie en ny rotasjons/translasjons-matrise til den nye sensoren i hver av luft respektive vann (trinn 260, Fig. 2B). En eller flere forskjeller mellom rotasjons/translasjons-matrisen og den nye rotasjons/translasjons-matrisen blir bestemt (trinn 262). Rotasjons/translasjons-matrisen blir rotert og konvertert med differansen(e), for å justere rotasjons/translasjons-matrisen for eller flere forskjeller mellom ikke-idealiteter som er assosiert med sensoren 124 og sensorhuset 126, og nye ikke-idealiteter som er assosiert med den nye sensoren 224 og det nye sensorhuset 226, for å skaffe tilveie en ny rotasjons/translasjons-matrise til den nye sensorens synsåpning i luft respektive vann (trinn 264). En ideell ny sensor er identifisert med et referansetall 224' i Fig. 8A.

Et eksempel på bruk av fremgangsmåten til oppfinnelsen til å erstatte den strukturerte signalutsendende innretningen 114 er som følger. I en utførelsesform inkluderer fortrinnsvis en fremgangsmåte 343 til oppfinnelsen å måle rotasjon til en ny optisk innretningsakse 336 til en ny innretning 314 (Fig. 8B) som genererer et nytt strukturert signal 321 relativt til en ideell ny optisk innretningsakse 348 overveiende definert av et ny innretningshus 316 der den nye innretningen 314 er montert, ved å bestemme en ny relativ endring i en vinkel til det nye strukturerte signalet mellom luft og vann (trinn 366, Fig. 2C). En eller flere innretningsdifferanser blir bestemt mellom den relative endringen og den nye relative endringen (trinn 368). Den nye optiske aksen 336 til den nye innretningen 314 blir rotert med nevnte minst ene innretningsdifferanse, for å justere innretningsrotasjons-matrisen foren eller flere unøyaktigheter mellom ikke-idealiteter som er assosiert med den nye innretningen 314 respektive det nye innretningshuset, for å generere en ny rotasjons-matrise som skal anvendes på det nye strukturerte signalet 312 (trinn 370). En ideell ny innretning er identifisert med referansenummeret 314' i Fig. 8B.

Man vil forstå at sekvensen med trinn i de foregående fremgangsmåtene ikke nødvendigvis må være som beskrevet ovenfor. For eksempel ville fagpersoner forstå at trinnene 146 og 150 i Fig. 2A kan fullføres i en hvilken som helst egnet rekkefølge.

Vanligvis kommer differansene i kalibrering av det trigonometribaserte systemet for avstandsmåling i ett medium relativt til et annet, av differanser i forplantningshastigheten til signalet i det transmissive mediet. Spesielt for et lasersystem for avstandsmåling manifesterer dette seg som en lysbrytning i grensesnittet mellom det optiske mediet og sensoren og laser-synsåpninger på grunn av differanser i lysbrytningsindeksen til ulike optiske medier. I den følgende beskrivelsen vil man forstå at det strukturerte signalet er laserlys, i form av et laserlysplan.

Det er tre måter det trigonometribaserte systemet for avstandsmåling 110 blir påvirket av lysbrytning, hvilke følger her.

(i) Med en endring i det optiske medium der systemet blir nedsenket, endrer synsåpningen til sensoren seg (for eksempel ved å gå fra luft (medium 1) til vann (medium 2) reduseres synsåpningen). Dette er på grunn av endring i lysavbøyningen ved en synsåpnings-overflate 172 til synsåpningen 128, og denne kan ikke reduseres. Dette er illustrert i

Fig. 4A, der synsåpningen i medium 1 er identifisert som "FOVi", og synsåpningen i medium 2 er identifisert som "FOV2".

(ii) Ved overgang fra medium 1 til medium 2 roterer den optiske aksen 134 til sensor 124, hvilket endrer den tilsynelatende orienteringen til scenen. Dette er vesentlig dersom sensorens optiske akse 134 ikke er innrettet vinkelrett på synsåpningens overflate 172, der det i dette tilfellet ikke har noen virkning, og det er bare en liten virkning dersom den optiske aksen 134 er nesten vinkelrett på synsåpningens overflate 172 (Fig. 4B). (Man vil forstå at, dersom den optiske aksen 134 er vinkelrett på synsåpningens overflate 172, da er det ingen virkning, og det er bare en liten virkning dersom den optiske aksen 134 er nesten vinkelrett på synsåpningens overflate 172.) For eksempel er i Fig. 4B den virkelige optiske aksen i luft angitt som 134A og den optiske aksen i vann er angitt som 134w for å gjøre illustrasjonen tydelig. Som vist i

Fig. 4B er den optiske aksen 134w rotert med en vinkel 0 fra den optiske aksen 134A. (Man vil forstå at rotasjonen er i tre dimensjoner.)

(iii) I Fig. 3C er den strukturerte signalutsendende innretningen 114 vist montert i innretningshuset 116 og synsåpningen 118 har

synsåpningens overflate 174. Som vist i Fig. 4C, når den strukturerte signalutsendende anordningen 112 er nedsenket i medium 2 (for eksempel vann), vil laserlysplanet 121 som sendes ut av innretning 114 brytes ved synsåpningen 174, hvilket forandrer orienteringen til

laserplanet 121. I Fig. 4C har innretningens virkelige optiske akse i medium 1 (for eksempel luft) betegnelsen 136a, og innretningens virkelige optiske akse i medium 2 er betegnet 136w for å gjøre illustrasjonen tydelig. Som det er vist i Fig. 4C er den optiske aksen 136w blitt rotert en vinkel Y relativt til den optiske aksen 136 til lysbrytningen. Dette er også en liten virkning dersom laserplanet 121 er innrettet vinkelrett på synsåpningens overflate 174.

I Fig. 4B kan et lysbrytningspunkt på synsåpningens overflate 172 der de optiske aksene 134A, 134W skjærer hverandre, sees, og er identifisert for å gjøre illustrasjonen tydelig med referansetallet 176. Tilsvarende er et lysbrytningspunkt identifisert i Fig. 4C med referansetallet 178. De optiske aksene 136A og 136w skjærer hverandre i ved lysåpningens overflate 174 i referansepunktet 178.

I Fig. 5 kan brytningsvirkningene som opptrer i brytningspunktet 178 til innretningshuset 116 og brytningspunktet 176 til sensorhuset 126 sees. Som vist i

Fig. 4B medfører denne differansen i lysbrytning at synsåpningen til sensoren minker når man forflytter seg til et optisk medium med en høyere lysbrytningsindeks. Som et resultat blir bildet til et objekt i en fast avstand fra sensoren forstørret. Til dette eksempelet er n1 brytningsindeksen til medium 1 (for eksempel luft) og n2 er brytningsindeksen til medium 2 (for eksempel vann). I Fig. 5 er rekkevidden til FOV-i, som projisert der med den valgte distansen, representert med linje 180 og rekkevidden til FOV2, som projisert der med den valgte distansen, representert med linje 182.

Denne endringen i synsåpningen når man beveger seg fra medium 1 til medium 2 endrer projeksjonen som defineres av sensormatrisen. Dersom en rett linje mellom midten av sensoren 124 og senteret i synsåpningen ikke er vinkelrett på overflaten 172 til synsåpningen 128, blir hele synsåpningen rotert, i tillegg til at synsåpningen endrer seg (det vil si fra FOVitil FOV2når man beveger seg fra medium 1 til medium 2). Denne rotasjonen av den optiske sensorakse på grunn av brytning produserer også en liten forskyvning av referansepunktet til sensoren.

Som referert ovenfor er en videre virkning på grunn av brytning den tilsynelatende rotasjonen til det utsendte signalet 121 (laserplan, til lasersystem for avstandsmåling) på grunn av rotasjonen av sensorens optiske akse 134 på grunn av små uoverensstemmelser med sensoren 124 relativt til sensorens synsåpningsoverflate 172.

Den endelige virkningen på grunn av brytning er den virkelige rotasjonen til det utsendte signalet 121 på signalsenderens synsåpnings overflate 174. I eksempelet med et lasersystem for avstandsmåling, dersom laserplanet 121 ikke er perfekt vinkelrett med laserens synsåpningsoverflate 174, vil brytning opptre.

For å møte endringen i synsåpningen, involverer den første delen av kalibreringsfremgangsmåten til oppfinnelsen å måle de nye sensorparametrene

(kameramatrise, til lasersystem for rekkevidde) i de nye media ved å benytte kamerakalibreringsteknikker, med noen modifikasjoner. Imidlertid måler, for å håndtere den tilsynelatende rotasjonen av den optiske aksen til sensoren, den andre delen av fremgangsmåten til oppfinnelsen rotasjonen og translasjonen av sensorens koordinatsystem, og produserer en rotasjons/translasjons-matrise som så kan anvendes på det sendte signalet. For også å håndtere rotasjonen av planet som representerer rotasjonen til planet som representerer laserlyset, blir den tredje delen av kalibreringsfremgangsmåten til oppfinnelsen å måle rotasjonen til det utsendte signalet på grunn av brytning, og å generere en rotasjons-matrise som kan korrigere for denne virkningen.

Som bemerket ovenfor kan, ved å utnytte de innovative aspektene ved fremgangsmåten til oppfinnelsen, det trigonometribaserte systemet for avstandsmåling 110 kalibreres uten å kreve at hele systemet skal senkes i det andre optiske mediet, for eksempel vann. Fremgangsmåten til oppfinnelsen kan også utnyttes til å kalibrere systemet når sensoranordningen 122 eller den strukturerte signalutsendende anordningen 112 blir erstattet, uten å kreve re-kalibrering av hele systemet.

Man vil forstå at Fig. 5 er en projeksjon på en to-dimensjonal overflate. Vinklene 0 og Y er sammensatte vinkler i tredimensjonalt rom.

Det første trinnet til denne fremgangsmåten involverer å måle et nytt sett med sensorvinkel-inngangsegenskaper. For et lasermålesystem betyr dette en ny kameramatrise til den optiske sensoren. Som bemerket ovenfor, innebærer dagens teknikk for kalibrering av optiske sensorer som brukes til rekkeviddeinnretninger med laseren etablert kamerakalibreringsprosess. Imidlertid utvider fremgangsmåten til oppfinnelsen dagens teknikk for laserskannerkalibrering ved å kreve at kamerakalibreringsprosessen blir utført i et hvilket som helst optisk medium av interesse, og at kameramatrisen og forstyrrelsesparametere fra den opprinnelige kalibreringen blir erstattet av de nye versjonene av disse målt i det nye optiske mediet. Ligning 1 demonstrerer denne prosessen, der [CMnx]representerer kameramatrisen for et optisk medium med brytningsindeks nx.

Når de nye sensorvinkelparameterne er blitt målt, kan det andre trinnet til oppfinnelsens kalibreringsfremgangsmåte, som involverer måling av rotasjonen og translasjonen av koordinatsystemet som er definert av sensoren, fortsette. Denne translasjonen og rotasjonen av referansepunktet kommer av vinkel-rotasjonen (det vil si gjennom vinkelen 0) av den optiske aksen til sensoren 124 ved brytningspunktet 176 til sensoren 124, som vist i Fig. 4B.

Denne vinkelrotasjonen blir målt ved samtidig å måle posisjonen til et fiksert symmetrisk mål med kjent geometri 184 i begge mediene av interesse. Som man kan se i Fig. 6A og 6B, har mål 184 fortrinnsvis en overveiende plan overflate 185 med et regelmessig mønster på dette. Fortrinnsvis inkluderer mønsteret 186 øvre og nedre deler 187A, 187B, som er symmetrisk delt av et symmetriplan, representert i Fig. 6B med en rett linje "PS". Når målstedet er bestemt ved bruk av etablerte teknikker og ved å bruke sensormatriser som er egnet for hvert optiske medium, så er enhver forskjell i den kalkulerte målgeometrien relativt til den virkelige målgeometrien et resultat av translasjonen og rotasjonen av sensor/kamera-koordinatsystemet. I Fig. 6D er et laserplan som normalt er i luft identifisert som "LPNA" og et laserplan som normalt er i vann, identifisert som "LPNW". (Man vil forstå at forskjellene mellom "LPNA" og "LPNW" som illustrert i Fig. 6D er overdrevne for å tydeliggjøre illustrasjonen.) For det enkle eksemplet med et symmetrisk mål som er et enkelt plan, er rotasjonen til koordinatsystemet lik med forskjellen mellom de to målte plan-normalene, "LPNA" og "LPNW". For å måle translasjonen til utgangspunktet ved bruk av et flatt plan som målet, blir ligningene til to eller flere plan med ulike orienteringer fortrinnsvis målt i begge optiske media. Posisjonen til utgangspunktet kan trianguleres fra disse to plan-parameterne.

For å måle posisjonen til målet 184 samtidig i begge media av interesse, blir målet 184 observert samtidig i begge media (Fig. 6A-6C). For å avbilde det symmetriske målet 184 i begge optiske media, blir sensoren 124 plassert på et grensesnitt 188 mellom de to media, der grensesnittet 188 overveiende deler synsåpningen 128 i to. Symmetrimålet 184 er plassert over grensesnittet 188 mellom de to mediene slik at grensesnittet 188 deler målet 184 i to overveiende i symmetriplanet "PS" og i en avstand "D" (Fig. 6A) tilstrekkelig til å observere mønsteret 186 som blir benyttet til å bestemme plasseringen av målet 184.

For eksempelet med en optisk sensor benyttet til et lasersystem for avstandsmåling, illustrerer Fig. 6B et eksempel på det flate, plane målet 184 med mønsteret 186 som kan benyttes til å kalkulere planligningen i begge optiske medier. Man vil forstå at målet 184 og mønsteret 186 kun er eksempler, og at andre mål og sensorkonfigurasjoner kan være egnet. Grensesnittet 188 mellom det to mediene er fortrinnsvis plassert på et symmetriplan "PS". Resultatet fra dette trinnet i kalibreringsfremgangsmåten til oppfinnelsen er en rotasjonsmatrise og translasjon som kan anvendes på det strukturerte signalet.

Denne prosessen blir fortrinnsvis utført på grensnittet 188 mellom de optiske media med en kjent geometrisk plassering mellom sensoren og innretningen. Fortrinnsvis er det første optiske mediet luft og det andre optiske mediet er det optiske mediet av interesse for bruken, for eksempel vann. Denne korreksjonen er demonstrert i Ligning 2, der [LPni]er det opprinnelige signalet i medium 1, [RTsensor]er rotasjons/translasjons-matrisen til sensoren og [LPni'] er den resulterende signalgeometrien.

Det endelige trinnet til kalibreringsfremgangsmåten til oppfinnelsen involverer å måle den virkelige vinkelavbøyningen til det strukturerte signalet 121 på grunn av brytning. I en ideell situasjon ville det ikke være noen (eller praktisk talt ingen) brytning av signalplanet 121, fordi det utsendte signalet ideelt ville være vinkelrett på synsåpningens overflate 174. Imidlertid, som bemerket ovenfor, vil små mistilpasninger av signalgeneratoren 114 relativt til sitt beskyttende hus 116 og synsåpningens vindu 118 (på grunn av ikke-idealiteter) produsere små brytningsendringer. For å ta hensyn til disse små brytningsendringene, blir rotasjonen til laserplanet rundt dettes brytningspunkt 178 fortrinnsvis målt. For å gjøre dette må den relative endringen i vinkel for signalet mellom to ulike media måles.

Geometrien til et slikt oppsett er vist i Fig. 7A. Fortrinnsvis er signalgeneratoren 114 plassert på et grensesnitt 190 mellom de to optiske mediene, identifisert i Fig. 7A som medium 1 og medium 2. Det er også å foretrekke at signalgeneratoren 114 er plassert slik at grensesnittet 190 mellom de optiske mediene overveiende deler synsåpningen 118 i to, og at det genererte signalet 121 er orientert overveiende normalt på grensesnittet 190. En overveiende plan overflate 192 befinner seg fortrinnsvis på grensesnittet 190 i en avstand "H" vekk fra synsåpningsvinduet 118 slik at signalet 121 blir projisert på overflaten 192. Det er også å foretrekke at den overveiende plane overflaten 192 har en matt overflate, for å minimere refleksjon fra signalet fra overflaten 192.

Spesifikt, i tilfellet med lasersystemet for avstandsmåling, manifesterer forskjellen i vinkelen til laserplannormalene "Qi" og "Q2" i luft respektive vann på grunn av brytning i de ulike optiske mediene seg som en deling av en laserlinje over og under det optiske mediumgrensesnittet 190. Laserplannormalene "Q-T og "Q2" identifiseres med referansetallet 194. Skjæringene mellom laserplanet og overflaten 192 i hvert av medium 1 og medium 2 betegnes Ri og R2i medium 1 respektive medium 2 i Fig. 7B. Som man kan se i Fig. 7B er laserplanene Ri og R2forskjøvet fra hverandre i grensesnittet 190 med en distanse "S". Vanligvis kan vinkeldifferansen beregnes ved å benytte den målte differansen "S" for signalene og distansen "H" mellom brytningspunktet 178 på signalsenderens synsåpnings-overflate 174 og den flate, matte overflaten 192. Dersom signalgeneratoren 114 må roteres relativt til sin endelige installasjonsretning slik at laserplanet blir normalt på overflaten 190, så blir vinkelen 194 fortrinnsvis registrert og innlemmet i signalgeometrikorreksjonen. Vinkelen 194 modifiserer rotasjonsaksen til den optiske aksen til innretningen 114. Distansene "H2", "S" og vinkelen 194 som måles, blir prosessert for å danne en rotasjonsmatrise som så kan anvendes på laserplan 121. Det er å foretrekke at denne prosessen blir utført på grensesnittet 190 mellom det optiske mediet med en kjent sensor/sender-geometrikalibrering (for eksempel luft) og det optiske mediet av interesse for operasjonen (for eksempel vann). Ligning 3 demonstrerer transformasjonen av signalgeometrien som ble kalkulert i det andre trinnet, [LP<1>] til den fullt ut korrigerte signalgeometrien til det nye mediet, [LPn2]etter korreksjon for laserrotasjonen [Riaser]-

Til et lasersystem for avstandsmåling resulterer de tre kalibreringstrinnene som er skissert ovenfor, i en kameramatrise til det nye optiske mediet, rotasjons og translasjonsparametere som korrigerer for virkelig rotasjon av laserplanet mellom optiske medier og rotasjonsparametere som korrigerer for virkelig rotasjon av laserplanet mellom optiske medier. For å transformere den kjente kalibreringen i et optisk medium til et nytt optisk medium, erstattes fortrinnsvis den originale kameramatrisen (Ligning 1), og laserplanet som opprinnelig ble målt i det originale optiske mediet, blir fortrinnsvis rotert og konvertert til det nye optiske mediet (Ligningene 2 og 3). Fagpersoner vil forstå at disse rotasjonene og translasjonene blir utført ved bruk av standard algebraiske teknikker: for eksempel å generere en sammensatt rotasjons/translasjons-matrise og å anvende denne matrisen på laserplanet.

Man vil forstå at, selv om rekkefølgen som trinnene blir presentert i representerer en logisk progresjon av prosessen, er det mulig å forandre sekvensen så lenge de korrigerende rotasjonene og translasjonene blir utført tilslutt for å oppnå det samme resultatet matematisk.

Som beskrevet ovenfor gjør fremgangsmåten til oppfinnelsen med å måle endringer på grunn av brytning i rekkeviddesystemet med strukturert lys det mulig å overføre kalibrering utført i ett optisk medium til en gyldig kalibrering i det nye systemet. Dette blir gjort ved å karakterisere og korrigere for endringen i synsåpningen til en sensor så vel som å korrigere for endringer på grunn av små mistilpasninger av sensoren og den strukturerte lyssenderen relativt til sine respektive hus.

Hvilket også er bemerket ovenfor, kan fremgangsmåten utnyttes til å korrigere en kalibrering for en erstatning av en enkelt system komponent. For å gjøre dette, er komponenten (det vil si sensoranordningen eller den strukturerte lysanordningen eller begge etter hverandre, ettersom tilfellet måtte være) fortrinnsvis kalibrert individuelt ved bruk av de tidligere beskrevne prosessene som er spesifikke for den komponenten i to eller flere media. Ut ifra disse individuelle kalibreringene kan den initiale mistilpasningen som gir opphav til de brytningsmessige forskjellene, måles og sammenlignes mellom de to komponentene. Signalgeometrien kan så bli konvertert og rotert med differansene i mistilpasningen mellom den gamle og den nye komponenten for å oppnå en oppdatert kalibrering.

En fagperson vil forstå at oppfinnelsen kan innta mange former, og at slike former er innenfor rekkevidden til oppfinnelsen ifølge kravene. Rekkevidden til kravene skal ikke begrenses av de foretrukne utførelsesformene som er fremmet i eksemplene, men bør gis den bredeste tolkningen som er i overensstemmelse med beskrivelsen i sin helhet.

Claims

1. Fremgangsmåte for kalibrering av et trigonometribasert system for avstandsmåling i luft og vann, der det trigonometribaserte systemet for avstandsmåling omfatter en strukturert signalutsendende innretning for utsendelse av et strukturert signal og en sensor som har en synsåpning for avføling av signaler som sendes ut av den strukturerte signalutsendende innretningen, der den strukturerte signalutsendende innretningen og sensoren har en geometrisk relasjon målt i luft, der fremgangsmåten omfatter: (a) å fastsette en respektive sensormatrise for sensoren, i luft respektive vann; (b) å måle rotasjon og translasjon av en optisk sensorakse til sensoren relativt til en ideell optisk sensorakse overveiende definert av et sensorhus der sensoren er montert, ved å bestemme rotasjonen og translasjonen til et sensor-koordinatsystem til en sensor i hver av luft og vann samtidig, for å skaffe tilveie en rotasjons/translasjons-matrise for synsåpningen i hver av luft respektive vann; og (c) å måle rotasjon av en optisk innretningsakse til innretningen relativt til en ideell optisk innretningsakse overveiende definert av et innretningshus der innretningen er montert, ved å bestemme en relativ endring i en vinkel til det strukturerte signalet, mellom det strukturerte signalet i luft respektive det strukturerte signalet i vann, for å generere en innretnings-rotasjons-matrise som skal anvendes på det strukturerte signalet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1 i tillegg omfattende: (d) å anvende rotasjons/translasjons-matrisen på det strukturerte signalet; og (e) å anvende innretnings-rotasjons-matrisen på det strukturerte signalet, for å bestemme en tilsynelatende geometrisk relasjon for den strukturerte signalutsendende innretningen og sensoren i vann.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 i tillegg omfattende: (d.1) å måle rotasjon og translasjon for en ny optisk sensorakse til en ny sensor relativt til en ideell ny optisk sensorakse overveiende definert av et nytt sensorhus der den nye sensoren er montert, ved å bestemme rotasjonen og translasjonen til en ny sensors koordinatsystem til den nye sensoren i hver av luft og vann samtidig, å skaffe tilveie en rotasjons/translasjons-matrise for synsåpningen i hver av luft respektive vann; (e.1) å bestemme minst én forskjell mellom rotasjons/translasjons-matrisen og den nye rotasjons/translasjons-matrisen; og (f.1) å rotere og konvertere rotasjons/translasjons-matrisen med nevnte minst ene forskjell, for å justere rotasjons/translasjons-matrisen for minst én forskjell mellom ikke-idealiteter assosiert med den nye sensoren og sensorhuset, og nye ikke-idealiteter assosiert med den nye sensoren og det nye sensorhuset, for å skaffe tilveie en ny rotasjons/translasjons-matrise til den nye sensorens synsåpning i luft respektive vann.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1 i tillegg omfattende: (d.2) å måle rotasjon av en ny optisk innretningsakse til en ny innretning som generere et nytt strukturert signal relativt til en ny optisk innretningsakse overveiende definert av et nytt innretningshus der den nye innretningen er montert, ved å bestemme en ny relativ endring i en vinkel på det nye strukturerte signalet mellom luft og vann; (e.2) å bestemme minst en innretningsdifferanse mellom den relative endringen og den nye relative endringen; og (f.2) å rotere den nye optiske aksen til den nye innretningen med nevnte minst ene innretningsdifferanse, for å justere innretningens rotasjonsmatrise for minst én unøyaktighet mellom ikke-idealiteter assosiert med innretningen og innretningshuset og nye ikke-idealiteter assosiert med den nye innretningen respektive det nye innretningshuset, for å generere en ny rotasjonsmatrise som skal anvendes på det nye strukturerte signalet.

5. Fremgangsmåte for kalibrering av et trigonometribasert system for avstandsmåling omfattende en strukturert signalutsendende anordning omfattende en innretning for utsending av minst ett strukturert signal montert i et innretningshus, der innretningshuset overveiende definerer en ideell innretningsakse, der det trigonometribaserte systemet for avstandsmåling også omfatter en sensoranordning som omfatter en sensor som har minst en synsåpning der nevnte minst ene strukturerte signal er detekterbart av sensoren, der sensoren er montert i et sensorhus, der sensorhuset overveiende definerer en ideell sensorakse, der den strukturerte signalutsendende innretningen og sensoren har en geometrisk relasjon målt i et første medium, der fremgangsmåten omfatter: (a) å sende nevnte minst ene strukturerte signal fra innretningen via det første mediet mot minst ett punkt på et målobjekt; (b) å bestemme en første sensormatrise assosiert med det første mediet etter at sensoren avføler nevnte minst ene strukturerte signal i nevnte minst ene punkt gjennom det første mediet; (c) å sende nevnte minst ene strukturerte signal fra innretningen via et andre medium mot minst ett sted på målobjektet; (d) å bestemme en andre kameramatrise assosiert med det andre mediet etter at sensoren avføler nevnte minst ene strukturerte signal i nevnte minst ene punkt gjennom det andre mediet; (e) å måle rotasjon og translasjon av en sensorakse til sensoren som er relativt til den ideelle sensoraksen ved å måle rotasjonen og translasjonen til en sensors koordinatsystem for dette i både det første mediet og det andre mediet, å skaffe tilveie en rotasjons/translasjons-matrise for nevnte minst ene synsåpning for å justere for ikke-idealiteter i sensoranordningen; og (f) å måle rotasjon for en innretningsakse til innretningen relativt til den ideelle innretningsaksen ved å måle en relativ endring for en vinkel mellom et plan definert av nevnte minst ene strukturerte signal, mellom nevnte minst ene strukturerte signal i det første mediet respektive nevnte minste ene strukturerte signal i det andre mediet, for å generere en innretnings-rotasjonsmatrise som skal anvendes på nevnte minst ene strukturerte signal for å justere for ikke-idealiteter i den strukturerte signalutsendende anordningen.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, omfattende: (g) å anvende rotasjons/translasjons-matrisen på nevnte minst ene strukturerte signal; og (h) å anvende innretnings-rotasjons-matrisen på nevnte minst ene strukturerte signal, for å bestemme en tilsynelatende geometrisk relasjon for den strukturerte signalutsendende innretningen og sensoren i det andre mediet.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5, i tillegg omfattende: (g.1) å måle rotasjon og translasjon av en ny sensorakse til en ny sensor relativt til en ideell ny sensorakse overveiende definert av et nytt sensorhus der den nye sensoren er montert, ved å bestemme rotasjonen og translasjonen til et nytt sensor-koordinatsystem til den nye sensoren i hvert av det første og det andre mediet samtidig, for å skaffe tilveie en ny rotasjons/translasjons-matrise til en ny synsåpning til den nye sensoren i hvert av det første respektive det andre mediet; (h.1) å bestemme minst én differanse mellom rotasjons/translasjons-matrisen og den nye rotasjons/translasjons-matrisen; og (1.1) å rotere og konvertere rotasjons/translasjons-matrisen med nevnte minst ene differanse, for å justere rotasjons/translasjons-matrisen for minst en unøyaktighet mellom ikke-idealiteter assosiert med sensoren og sensorhuset, og nye ikke-idealiteter assosiert med den nye sensoren og det nye sensorhuset, for å skaffe tilveie en ny rotasjons/translasjons-matrise til den nye sensorens synsåpning i det første respektive det andre mediet.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 5, i tillegg omfattende: (g.2) å måle rotasjonen til en ny innretningsakse til en ny innretning relativt til en ideell ny innretningsakse overveiende definert av et nytt innretningshus der den nye innretningen er montert, ved å bestemme en ny relativ endring i en vinkel til det nye strukturerte signalet mellom det første og det andre mediet, der den nye innretningen genererer et nytt strukturert signal; (h.2) å bestemme minst én innretningsdifferanse mellom den relative endringen og den nye relative endringen; og (1.2) å rotere den nye aksen til den nye innretningen med nevnte minst ene innretningsdifferansen, for å justere innretningens rotasjons/translasjons-matrise for minst en unøyaktighet mellom ikke-idealiteter assosiert med innretningen og innretningshuset og nye ikke-idealiteter assosiert med den nye innretningen og det nye innretningshuset, for å generere en ny rotasjons/translasjons-matrise som skal anvendes på det nye strukturerte signalet.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 5, der i trinn (f), den strukturerte signalutsendende anordningen er plassert på et grensesnitt mellom det første mediet og der nevnte minst ene strukturerte signal er overveiende normalt på grensesnittet, der nevnte minst ene strukturerte signal er rettet mot en overveiende plan overflate plassert overveiende normalt på grensesnittet og plassert i en forhåndsbestemt avstand fra innretningen, for å generere innretningens rotasjonsmatrise.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, der den overveiende plane overflaten er en flat, matt overflate.

11. Fremgangsmåte for å bestemme rotasjon og translasjon av et koordinatsystem definert av en sensor i et trigonometribasert system for avstandsmåling, der sensoren er plassert i et sensorhus, der sensorhuset omfatter en sensor-synsåpning der et strukturert signal blir sendt gjennom denne til en sensor, der sensorhuset overveiende definerer en ideell akse, der fremgangsmåten omfatter: (a) samtidig å måle et fiksert symmetrisk mål med kjent geometri i et første medium og i et andre medium å bestemme synlige differanser mellom målet i det første mediet og målet i det andre mediet; (b) å bestemme, basert på de synlige differansene, rotasjon og translasjon av et koordinatsystem definert av sensoren ved forflytning av sensoren fra det første mediet til det andre mediet for å skaffe tilveie en rotasjons/translasjons-matrise som kan anvendes på det strukturerte signalet.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, der det fikserte symmetriske målet er observert samtidig av sensoren i hver av det første mediet og det andre mediet.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, der sensoranordningen er plassert på et grensesnitt mellom det første mediet og det andre mediet, der grensesnittet overveiende deler sensor-synsåpningen i to.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, der det fikserte symmetriske målet omfatter en overveiende plan overflate som vender mot sensoren; den kjente geometrien til det fikserte symmetriske målet omfatter et mønster som er symmetrisk delt i et symmetriplan; og symmetriplanet befinner seg overveiende på grensesnittet.

15. Fremgangsmåte for måling av en virkelig vinkelavbøyning av minst ett strukturert signal på grunn av brytning som resultat av minst en ikke-idealitet på et sted til en strukturert signalutsendende innretning i et innretningshus, der innretningshuset omfatter en synsåpning med overveiende parallelle plane overflater på denne gjennom hvilke nevnte minst ene strukturerte signal blir sendt, der fremgangsmåten omfatter: (a) å plassere den strukturerte signalutsendende innretningen på et grensesnitt mellom et første medium og et andre medium slik at grensesnittet overveiende deler synsåpningen i to og nevnte minst ene strukturerte signal er overveiende normalt på grensesnittet; (b) å plassere en overveiende plan overflate som definerer et målplan på grensesnittet i en forhåndsbestemt avstand fra synsåpningen, der overflaten står overveiende normalt på grensesnittet; (c) å sende ut nevnte minst ene strukturerte signal fra den strukturerte signalutsendende innretningen gjennom synsåpningen og inn på overflaten; (d) å bestemme en vinkeldifferanse mellom skjæringen til nevnte minst ene strukturerte signal på målplanet i det første mediet og skjæringen til nevnte minst ene strukturerte signal på målplanet i det andre mediet basert på en målt differanse mellom skjæringene til nevnte minst ene strukturerte signal og målplanet i det første og det andre mediet; og (e) å prosessere den forhåndsbestemte distansen, den målte differansen og vinkeldifferansen for å produsere en rotasjons/translasjons-matrise til nevnte minst ene strukturerte signal.

16. Fremgangsmåte for kalibrering av et trigonometribasert system for avstandsmåling i luft og vann, der det trigonometribasert systemet for avstandsmåling omfatter en strukturert signalutsendende innretning for utsending av et strukturert signal og en sensor som har en synsåpning for registrering av signaler som sendes ut fra den strukturerte signalutsendende innretningen, der den signalutsendende innretningen og sensoren har en geometrisk relasjon målt i luft, der fremgangsmåten omfatter: (a) å bestemme en sensormatrise for sensoren i luft respektive vann; (b) å måle rotasjon og translasjon av en optisk sensorakse til sensoren relativt til en ideell optisk sensorakse overveiende definert av et sensorhus der sensoren er montert, ved å bestemme rotasjonen og translasjonen av en sensors sensor koordinatsystem i både luft og vann samtidig, for å skaffe tilveie en rotasjons/translasjons-matrise for synsåpningen i hver av luft respektive vann; (c) å måle rotasjon og translasjon av en ny optisk sensorakse til en ny sensor relativt til en ideell optisk sensorakse overveiende definert av et nytt sensorhus der den nye sensoren er montert, ved å bestemme rotasjonen og translasjonen til et nytt sensor-koordinatsystem til den nye sensoren i hver av luft og vann samtidig, for å skaffe tilveie en ny rotasjons/translasjons-matrise til den nye sensoren i hver av luft respektive vann; (d) å bestemme minst en differanse mellom rotasjons/translasjons-matrisen og den nye rotasjons/translasjons-matrisen; og (e) å rotere og konvertere rotasjons/translasjons-matrisen med nevnte minst ene differanse, å justere rotasjons/translasjons-matrisen for minst én unøyaktighet mellom ikke-idealiteter assosiert med sensoren og sensorhuset, og nye ikke-idealiteter assosiert med den nye sensoren og det nye sensorhuset, for å skaffe tilveie en ny rotasjons/translasjons-matrise til den nye sensorens synsåpning i luft respektive vann.

17. Fremgangsmåte for kalibrering av et trigonometribasert system for avstandsmåling i luft og vann, der det trigonometribasert systemet for avstandsmåling omfatter en strukturert signalutsendende innretning for utsending av et strukturert signal og en sensor som har en synsåpning for registrering av signaler som sendes ut fra den strukturerte signalutsendende innretningen, der den strukturerte signalutsendende innretningen og sensoren har en geometrisk relasjon målt i luft, der fremgangsmåten omfatter: (a) å bestemme en sensormatrise for sensoren i luft respektive i vann. (b) å måle rotasjon og translasjon av en optisk sensorakse for sensoren relativt til en ideell optisk sensorakse overveiende definert av et sensorhus der sensoren er montert, ved å bestemme rotasjonen og translasjonen av et sensor-koordinatsystem for sensoren i både luft og vann samtidig, for å skaffe tilveie en rotasjons/translasjons-matrise for synsåpningen i hver av luft respektive vann. (c) å måle rotasjon av en optisk innretningsakse til innretningen relativt til en ideell optisk innretningsakse overveiende definert av et innretningshus der innretningen er montert, ved å bestemme en relativ endring i en vinkel til det strukturerte signalet, mellom det strukturerte signalet i luft respektive det strukturerte signalet i vann, for å generere en innretnings rotasjonsmatrise som skal anvendes på det strukturerte signalet; (d) å måle rotasjon til en ny optiske innretningsakse til en ny innretning som genererer et nytt strukturert signal relativt til en ideell ny optisk innretningsakse overveiende definert av et nytt innretningshus der den nye innretningen er montert, ved å bestemme en ny relativ endring i vinkelen til det nye strukturerte signalet mellom luft og vann; (e) å bestemme minst én innretningsdifferanse mellom den relative endringen og den nye relative endringen; og (f) å rotere den nye optiske aksen til den nye innretningen med nevnte minste innretningsdifferanse, for å justere innretningens rotasjonsmatrise for minst én unøyaktighet mellom ikke-idealiteter som er assosiert med innretningen og innretningshuset og nye ikke- idealiteter assosiert med den nye innretningen respektive den nye innretningens hus, for å generere en ny rotasjonsmatrise som skal anvendes på det nye strukturerte signalet.