專利名稱：移動(dòng)手持設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種便攜式設(shè)備，具體涉及一種具有三維激光掃描功能的移動(dòng)手持設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
Leica測距儀僅能夠利用TOF(激光飛行時(shí)間)技術(shù)測量單個(gè)點(diǎn)的距離。Riegl三維掃描儀的體積很大，因而不能夠集成到移動(dòng)手持設(shè)備中?，F(xiàn)有技術(shù)中存在一種車載移動(dòng)三維掃描儀，但是不能進(jìn)行全方位帶抖動(dòng)補(bǔ)償?shù)娜S掃描，并且缺乏在線更新輔助掃描功能。隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)raunhofer IPMS于2009年開發(fā)出以超便攜蜂窩電話為目標(biāo)市場的MEMS掃描模塊。利用該模塊，能夠使用移動(dòng)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)三維掃描。但如果沒有三腳架，由于掃描時(shí)間長達(dá)若干秒，便攜式手持掃描儀無法在遠(yuǎn)距離進(jìn)行精確的三維掃描。 因此，需要一種對(duì)掃描期間手持抖動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)。MEMS加速度計(jì)能夠檢測終端微小的傾斜角和加速度，因而可以解決上述問題。蘋果(Apple)公司已經(jīng)在其產(chǎn)品iPhone中使用了 MEMS加速度計(jì)，并用其實(shí)現(xiàn)手機(jī)屏幕的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，例如橫向?qū)捚翞g覽視頻和網(wǎng)頁，縱向豎屏打電話發(fā)短信。該功能現(xiàn)已成為各種觸摸屏智能手機(jī)的必選特性?，F(xiàn)代社會(huì)更需要一種具有精確的三維掃描能力的移動(dòng)手持設(shè)備，能夠用于快速簡單的地面三維建模。其可能的應(yīng)用例如具有本地三維環(huán)境掃描能力的在線更新的Google Earth SketchUp、民用建筑的快速核查、數(shù)字圖像的三維增強(qiáng)、交通事故現(xiàn)場快速的三維建模、使用三維環(huán)境檢測并與在線三維地圖進(jìn)行比較的車輛導(dǎo)航系統(tǒng)，等等。然而，現(xiàn)有的解決方案或體積過大，或過于昂貴，以至于無法集成到移動(dòng)手持設(shè)備中。簡單的單點(diǎn)測距儀也無法解決該問題，因?yàn)閱问す庑枰D(zhuǎn)MEMS棱鏡才能獲得每秒數(shù)千個(gè)點(diǎn)距離數(shù)據(jù)，這既增加了體積也限制了速度；而Fraunhofer掃描模塊則采取陣列方式讀取距離數(shù)據(jù)，解決了以上問題。但是，激光三維掃描陣列模塊也存在缺點(diǎn)，由于掃描時(shí)間相對(duì)較長(若干秒)，手持設(shè)備的隨機(jī)微小抖動(dòng)會(huì)嚴(yán)重影響遠(yuǎn)距離物體的三維建模精度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種移動(dòng)手持設(shè)備和相應(yīng)的方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種移動(dòng)手持設(shè)備，包括顯示單元，用于顯示實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)；攝像單元，用于拍攝二維圖像數(shù)據(jù)；測距單元，用于測量移動(dòng)手持設(shè)備與拍攝對(duì)象之間三維輪廓距離數(shù)據(jù)；MEMS加速度計(jì)，用于記錄移動(dòng)手持設(shè)備在多個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)；處理單元，用于從攝像單元、測距單元和MEMS加速度計(jì)接收相應(yīng)的數(shù)據(jù)，對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并在顯示單元上實(shí)時(shí)顯示處理后的數(shù)據(jù)；以及存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)與處理單元的操作有關(guān)的數(shù)據(jù)。
優(yōu)選地，處理單元根據(jù)來自MEMS加速度計(jì)的運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)對(duì)測距單元的距離測量進(jìn)行補(bǔ)償。優(yōu)選地，所述多個(gè)方向包括俯仰、傾斜、前、后、左、右、上、下方向。優(yōu)選地，攝像單元的焦點(diǎn)可以由移動(dòng)手持設(shè)備自動(dòng)選取或由移動(dòng)手持設(shè)備的用戶手動(dòng)選取。例如，通過具有觸摸功能的顯示單元來選取焦點(diǎn)。優(yōu)選地，測距單元由MEMS激光器和MEMS接收陣列組成。優(yōu)選地，移動(dòng)手持設(shè)備還包括定位單元，用于提供移動(dòng)手持設(shè)備的地點(diǎn)信息和方向信息。優(yōu)選地，移動(dòng)手持設(shè)備還包括通信單元，用于將拍攝結(jié)果傳輸?shù)教囟ǖ牡乩硇畔⑾到y(tǒng)或者從該地理信息系統(tǒng)下載與拍攝背景有關(guān)的三維環(huán)境數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，移動(dòng)手持設(shè)備包括移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理或車載GPS設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種利用移動(dòng)手持設(shè)備拍攝三維環(huán)境的方法，包括選取拍攝的焦點(diǎn)；測量移動(dòng)手持設(shè)備與拍攝對(duì)象之間三維輪廓距離數(shù)據(jù)；進(jìn)行拍攝并記錄移動(dòng)手持設(shè)備在多個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)；對(duì)拍攝的數(shù)據(jù)和測量的距離數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并實(shí)時(shí)顯示處理后的數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，該方法還包括根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)對(duì)測量的距離數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償。優(yōu)選地，所述多個(gè)方向包括俯仰、傾斜、前、后、左、右、上、下方向。優(yōu)選地，拍攝的焦點(diǎn)可以由移動(dòng)手持設(shè)備自動(dòng)選取或由移動(dòng)手持設(shè)備的用戶手動(dòng)選取。優(yōu)選地，該方法還包括提供移動(dòng)手持設(shè)備的地點(diǎn)信息和方向信息。優(yōu)選地，該方法還包括將拍攝結(jié)果傳輸?shù)教囟ǖ牡乩硇畔⑾到y(tǒng)，或者從該地理信息系統(tǒng)下載與拍攝背景有關(guān)的三維環(huán)境數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，使用內(nèi)置MEMS距離掃描模塊進(jìn)行三維距離測量， 并使用MEMS加速度計(jì)進(jìn)行手的抖動(dòng)的檢測和調(diào)整以及自動(dòng)關(guān)聯(lián)。如果需要，還可以將移動(dòng) GPS與電子羅盤功能相結(jié)合，以提供快速的三維模型生成。用戶可以緩慢地移動(dòng)其移動(dòng)手持設(shè)備，以相對(duì)高的三維精度來掃描大的范圍。這對(duì)于建筑物和周圍環(huán)境的三維掃描來說非常有效。然后，用戶可以存儲(chǔ)或處理所得數(shù)據(jù)以提供網(wǎng)絡(luò)上的地理服務(wù)，如Google Earth SketchUp。對(duì)于汽車業(yè)來說，本發(fā)明的設(shè)備可以安裝在車輛前部，并能夠在可視范圍較小的夜間快速掃描道路情況。而對(duì)于保險(xiǎn)公司，本發(fā)明的設(shè)備使得交通小事故的快速三維建模與理賠成為可能。


通過下文結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其他特征將會(huì)變得更加明顯，其中圖IA示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的移動(dòng)手持設(shè)備的示意性側(cè)視圖；圖IB示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的移動(dòng)手持設(shè)備的示意性后視圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的移動(dòng)手持設(shè)備的功能框圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的三維激光掃描方法的流程圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的抖動(dòng)補(bǔ)償?shù)氖疽鈭D5A至5D示出了根據(jù)本發(fā)明的移動(dòng)手持設(shè)備的一個(gè)示例應(yīng)用的場景圖；以及圖6示出了移動(dòng)手持設(shè)備可能在多個(gè)方向上發(fā)生移動(dòng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面，通過結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例的描述，本發(fā)明的原理和實(shí)現(xiàn)將會(huì)變得明顯。應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明不應(yīng)局限于下文所述的具體實(shí)施例。另外需要說明，為了簡便起見，附圖中沒有示出與本發(fā)明直接相關(guān)的公知組件。圖IA示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的移動(dòng)手持設(shè)備100的示意性側(cè)視圖。圖IB 示出了該移動(dòng)手持設(shè)備的示意性后視圖。具體地，移動(dòng)手持設(shè)備100包括MEMS加速度計(jì) 10UMEMS激光器102、MEMS接收陣列103、CM0S攝像機(jī)104(由于角度關(guān)系，圖IA中未示出該元件而在圖IB中示出)和屏幕107。在實(shí)際操作中，當(dāng)CMOS攝像機(jī)104開啟時(shí)，首先可以由CMOS攝像機(jī)104自動(dòng)選取焦點(diǎn)或者由用戶手動(dòng)地選取焦點(diǎn)(例如采用具有觸摸功能的屏幕107)。當(dāng)焦點(diǎn)確定后， MEMS激光器102發(fā)出激光束106來探測焦點(diǎn)處的目標(biāo)105，MEMS接收陣列103接收反射的激光束以確定移動(dòng)手持設(shè)備100相對(duì)于焦點(diǎn)的距離(相當(dāng)于測距儀)。在CMOS攝像機(jī)104 進(jìn)行三維拍攝的同時(shí)，MEMS加速度計(jì)101可以記錄移動(dòng)手持設(shè)備在多個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)。具體地，例如參考圖6所示，移動(dòng)手持設(shè)備可能發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)(在俯仰、傾斜方向)和平移(在前、后、左、右、上、下方向)。由于三維拍攝的時(shí)間較長，因此MEMS加速度計(jì)101會(huì)記錄若干秒的運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)。這些運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)和上文所述的與焦點(diǎn)的距離將用作對(duì)手的抖動(dòng)的補(bǔ)償?shù)幕緟?shù)。下文結(jié)合附圖2來詳細(xì)描述示例移動(dòng)手持設(shè)備中的各個(gè)組件以及相應(yīng)的功能。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的移動(dòng)手持設(shè)備200的功能框圖。從圖2可以看出，移動(dòng)手持設(shè)備200包括攝像單元202、測距單元204、MEMS加速度計(jì)206、處理單元 208、存儲(chǔ)單元210和顯示單元212。可選地，當(dāng)移動(dòng)手持設(shè)備200是無線電話時(shí)，移動(dòng)手持設(shè)備200還可以包括AGPS定位單元214和通信單元216。攝像單元202用于拍攝二維圖像數(shù)據(jù)。例如，該攝像單元202包括現(xiàn)有技術(shù)中存在的多種攝像機(jī)，例如是圖1中示出的CMOS攝像機(jī)。在開始拍攝時(shí)，攝像單元202首先會(huì)確定焦點(diǎn)或興趣點(diǎn)，例如自動(dòng)地確定或由用戶手動(dòng)地確定。測距單元204用于測量移動(dòng)手持設(shè)備200與拍攝對(duì)象之間三維輪廓距離數(shù)據(jù)。例如，該測距單元可以由圖1中示出的、MEMS激光器102和MEMS接收陣列103組成。在攝像單元202進(jìn)行拍攝的同時(shí)，MEMS加速度計(jì)206記錄移動(dòng)手持設(shè)備200在多個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)。由于拍攝的時(shí)間較長，因此MEMS加速度計(jì)206會(huì)記錄若干秒的運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)。處理單元208從攝像單元202、測距單元204和MEMS加速度計(jì)206接收相應(yīng)的數(shù)據(jù)，根據(jù)焦點(diǎn)顏色和輪廓來確定拍攝焦點(diǎn)對(duì)象的二維邊界，并將該邊界內(nèi)部作為三維精細(xì)拍攝范圍，以指示攝像單元202對(duì)該范圍進(jìn)行精細(xì)拍攝。在進(jìn)行精細(xì)拍攝的同時(shí)，處理單元208根據(jù)MEMS加速度計(jì)206記錄的軌跡數(shù)據(jù)和測距單元204測得的距離來計(jì)算針對(duì)手的抖動(dòng)的補(bǔ)償。這是因?yàn)槠胀ǖ膱D像穩(wěn)定系統(tǒng)只考慮圖像在二維方向上的抖動(dòng)并且由于曝光時(shí)間短無需長時(shí)間記錄設(shè)備的運(yùn)動(dòng)軌跡。而三維圖像系統(tǒng)除了必須計(jì)算焦點(diǎn)以及與焦點(diǎn)的距離外，還必須長時(shí)間記錄設(shè)備的運(yùn)動(dòng)軌跡，并實(shí)時(shí)根據(jù)該距離對(duì)三維輪廓進(jìn)行校正，從而使通過緩慢平移設(shè)備而拍攝目標(biāo)三維全景成為可能。下面通過一個(gè)具體的例子來說明本發(fā)明中的補(bǔ)償功能。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的補(bǔ)償?shù)氖疽鈭D。如圖4所示，M是測距單元204(例如MEMS激光器102和MEMS接收陣列 103)測得的從移動(dòng)手持設(shè)備到焦點(diǎn)的距離點(diǎn)陣。在本示例中，根據(jù)從MEMS加速度計(jì)206記錄的軌跡數(shù)據(jù)導(dǎo)出的三維傾角θ來計(jì)算補(bǔ)償后的距離點(diǎn)陣N，從而進(jìn)一步根據(jù)焦點(diǎn)位置F 重新建立以焦點(diǎn)為中心的三維模型。具體地，通過計(jì)算MEMS接收陣列103上各點(diǎn)處的光束的返回時(shí)間來計(jì)算移動(dòng)手持設(shè)備的原始三維輪廓數(shù)據(jù)，根據(jù)在返回時(shí)間內(nèi)MEMS加速度計(jì)記錄的隨機(jī)微小抖動(dòng)的三維軌跡數(shù)據(jù)得出的傾角θ來計(jì)算補(bǔ)償后的優(yōu)化三維輪廓數(shù)據(jù)。 另外，N是M與θ進(jìn)行矩陣矢量乘法后得到的結(jié)果。由于MEMS接收陣列103會(huì)按照激光掃描間隔連續(xù)得到目標(biāo)的三維距離數(shù)據(jù)，MEMS加速度計(jì)206必須持續(xù)記錄移動(dòng)手持設(shè)備在拍攝時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡，并把該軌跡按時(shí)間序列與接收到的激光反射信號(hào)強(qiáng)度和時(shí)間進(jìn)行擬合，得出最終的修正陣列距離結(jié)果。在進(jìn)行補(bǔ)償后，可將實(shí)時(shí)更新的三維數(shù)據(jù)以疊加輪廓線的方式顯示在顯示單元 212上。該顯示單元212可以是本領(lǐng)域中的多種顯示器，例如IXD或OLED顯示器。此外，該顯示器可以具有觸摸功能。此外，用戶可以通過攝像單元202或具有觸摸功能的顯示單元212手動(dòng)改變焦點(diǎn)的位置，從而改變精細(xì)拍攝范圍。在此之后，可以重新拍攝更新后的三維數(shù)據(jù)，如上文所述。對(duì)于非選定的精細(xì)拍攝范圍或目標(biāo)對(duì)象，可以采用低分辨率形式拍攝背景的三維輪廓數(shù)據(jù)，并統(tǒng)一擬合到優(yōu)化的目標(biāo)對(duì)象三維模型中。存儲(chǔ)單元210可以存儲(chǔ)拍攝的數(shù)據(jù)，以供后續(xù)使用。該存儲(chǔ)單元可以是非易失性存儲(chǔ)器，例如閃速存儲(chǔ)器(FLASH)。此外，用戶可以緩慢平移該移動(dòng)手持設(shè)備200，根據(jù)來自MEMS加速度計(jì)206的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償數(shù)據(jù)和先前拍攝的累積結(jié)果，擬合二維和三維全景信息?？蛇x地，該移動(dòng)手持設(shè)備200包括具有電子羅盤功能的AGPS定位單元214。該定位單元214能夠給出精確的拍攝地點(diǎn)和方向信息，有助于繪制精確的三維地圖或三維地理模型，其適用于當(dāng)用戶需要拍攝較大場景中的對(duì)象時(shí)(例如幾十米到幾百米的范圍)。另外，該移動(dòng)手持設(shè)備200還可以包括通信單元216。利用該通信單元216，移動(dòng)手持設(shè)備200 可以將拍攝結(jié)果傳輸?shù)教囟ǖ牡乩硇畔⑾到y(tǒng)(例如Google Earth)，或者從該地理信息系統(tǒng)下載拍攝背景的歷史三維環(huán)境數(shù)據(jù)，從而節(jié)省了大量的現(xiàn)場拍攝掃描工作。該下載過程可以和攝像單元202的拍攝過程同時(shí)進(jìn)行。下面結(jié)合附圖5A至5D，以車禍快速理賠的場景為例，對(duì)具有AGPS定位單元214和通信單元216的移動(dòng)手持設(shè)備(例如無線電話)的一個(gè)示例應(yīng)用進(jìn)行描述。假定兩輛汽車發(fā)生了碰撞。這時(shí)，處理人員(例如保險(xiǎn)公司的工作人員)使用本發(fā)明的移動(dòng)手持設(shè)備來拍攝事故現(xiàn)場。首先，根據(jù)移動(dòng)手持設(shè)備中的AGPS定位單元214的定位數(shù)據(jù)P和電子羅盤測得的朝向α來粗略測量焦點(diǎn)F(發(fā)生碰撞的部位)的位置，如圖 5Α所示?？蛇x地，可以按照上文結(jié)合附圖4所描述的那樣，對(duì)測得的焦點(diǎn)F的位置應(yīng)用補(bǔ)償，以獲得精確的焦點(diǎn)位置。
之后，處理人員可以拿著移動(dòng)手持設(shè)備終端緩慢移動(dòng)，如圖5B所示?？梢愿鶕?jù) AGPS定位單元214、MEMS加速度計(jì)206和聯(lián)合判斷出該移動(dòng)不是隨機(jī)的輕微抖動(dòng)，也可以使用電子羅盤和手機(jī)與基站間的信號(hào)強(qiáng)度作為輔助判別依據(jù)。例如，MEMS加速度計(jì)206持續(xù)指向某個(gè)方向或電子羅盤的朝向發(fā)生變化，等等。之后，根據(jù)結(jié)合附圖5A所描述的重新計(jì)算焦點(diǎn)的位置，并以焦點(diǎn)為中心疊加擬合其新的側(cè)面三維距離與二維顏色信息，綜合計(jì)算出更新的三維模型。移動(dòng)手持設(shè)備會(huì)根據(jù)二維圖像邊框信息自動(dòng)更新焦點(diǎn)，并在顯示單元212上會(huì)實(shí)時(shí)顯示更新焦點(diǎn)和二維/三維模型結(jié)果，用戶也可以采用觸摸屏幕方式手動(dòng)重新選取焦點(diǎn)。其中，三維模型T = N+N’(矢量比較加法，用于補(bǔ)充側(cè)面的三維信息)。如圖5C所示，通過使用通信單元216，移動(dòng)手持設(shè)備可以結(jié)合網(wǎng)絡(luò)在線地理數(shù)據(jù)系統(tǒng)輔助更新三維模型的遠(yuǎn)處信息，也可以使用遠(yuǎn)處多種標(biāo)志性建筑物距離信息和在線地理系統(tǒng)持續(xù)校對(duì)焦點(diǎn)F的實(shí)際地理坐標(biāo)。另外，根據(jù)二維攝像頭返回二維圖像顏色信息判斷焦點(diǎn)部位平滑與躍變區(qū)域，平滑區(qū)域三維測距儀可以自動(dòng)降低分辨率，大躍變區(qū)域三維測距儀可以自動(dòng)增加分辨率并開啟輔助抖動(dòng)補(bǔ)償裝置如2以便更加精確測量三維模型信息，如圖5D中所示。需要說明的是，上文描述的本發(fā)明的補(bǔ)償運(yùn)算會(huì)消耗較多電力。因此，對(duì)于電力不充足的移動(dòng)手持設(shè)備，或者在對(duì)測距單元204測得的距離不需要太精確的較大平滑場景下 (例如參考上文結(jié)合附圖5A-5D所描述的)，可以自動(dòng)地或手動(dòng)地(例如通過具有觸摸功能的顯示單元212)關(guān)閉處理單元208的補(bǔ)償功能。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的三維地面激光掃描方法300的流程圖。該方法由例如參考圖1和圖2描述的本發(fā)明的移動(dòng)手持設(shè)備來執(zhí)行。方法在步驟302處開始。然后，在步驟304，攝像單元自動(dòng)地選取焦點(diǎn)或者用戶手動(dòng)地選取焦點(diǎn)。在步驟306，測量移動(dòng)手持設(shè)備與拍攝對(duì)象之間三維輪廓距離數(shù)據(jù)，作為補(bǔ)償過程的基本參數(shù)。在步驟308進(jìn)行拍攝，并記錄移動(dòng)手持設(shè)備在多個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)(參考圖6所示)。這個(gè)步驟的持續(xù)時(shí)間大約為幾秒至幾十秒。然后，在步驟310，根據(jù)對(duì)焦點(diǎn)顏色與輪廓確定拍攝焦點(diǎn)對(duì)象的二維邊界，該二維邊界內(nèi)部作為三維精細(xì)拍攝范圍。在掃描精細(xì)拍攝對(duì)象時(shí)，可以根據(jù)移動(dòng)手持設(shè)備的運(yùn)動(dòng)軌跡與測量點(diǎn)和拍攝點(diǎn)的距離來進(jìn)行補(bǔ)償。具體的補(bǔ)償過程例如可以參見上文結(jié)合圖4的描述，此處不再贅述。在步驟312，將實(shí)時(shí)更新的三維數(shù)據(jù)以疊加輪廓線的方式顯示在移動(dòng)手持設(shè)備的顯示器上。接下來，在步驟314，判斷是否需要改變焦點(diǎn)。如果是，那么用戶可以通過例如移動(dòng)手持設(shè)備的觸摸屏或模式選項(xiàng)來改變焦點(diǎn)以及精細(xì)拍攝范圍，并重復(fù)執(zhí)行步驟306至 312。如果不需要改變焦點(diǎn)，則方法進(jìn)行至步驟316。在步驟316處，緩慢平移移動(dòng)手持設(shè)備，根據(jù)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償數(shù)據(jù)和前期拍攝的結(jié)果綜合計(jì)算目標(biāo)物體的二維與三維全景信息。該信息可以在移動(dòng)手持設(shè)備的顯示器上顯示，也可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元中，以供后續(xù)使用(例如傳輸?shù)降乩硇畔⑾到y(tǒng))。最后，方法在步驟318處結(jié)束。本發(fā)明將二維信息、三維信息、速度信息、位置信息和時(shí)間信息關(guān)聯(lián)到一起，并對(duì)所有這些數(shù)據(jù)一同進(jìn)行處理，產(chǎn)生了最終的三維地面環(huán)境，由此實(shí)現(xiàn)了三維的實(shí)時(shí)地面環(huán)境掃描。在本發(fā)明中，MEMS加速度計(jì)用于補(bǔ)償手的抖動(dòng)，并作為圖像穩(wěn)定器而工作。優(yōu)選地，移動(dòng)手持設(shè)備還可以包括具有電子羅盤功能的AGPS。AGPS可以指示用戶的位置，該用戶位置可以用于多個(gè)三維掃描圖像的關(guān)聯(lián)。通過使用本發(fā)明的具有三維激光掃描功能的移動(dòng)手持設(shè)備，用戶可以容易地獲得三維形狀信息，并對(duì)地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新?；诟釉敿?xì)的三維道路情況圖和實(shí)時(shí)的便攜式三維掃描，車輛的無人駕駛將會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。本發(fā)明使用MEMS加速度計(jì)來測量手的抖動(dòng)并進(jìn)行補(bǔ)償。此外，本發(fā)明可以利用快速的CPU、大容量存儲(chǔ)器和廉價(jià)的ASIC執(zhí)行與AGPS定位、電子羅盤、二維成像、三維距離點(diǎn)陣等的附加關(guān)聯(lián)，以產(chǎn)生更為詳細(xì)的三維地圖。如果將本發(fā)明與Web 2.0技術(shù)一同應(yīng)用，則用戶可以繪制他/她自己的三維地圖，甚至是虛擬世界?？梢岳斫獾氖?，本發(fā)明的移動(dòng)手持設(shè)備可以包括多種設(shè)備，例如但不限于無線電話、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、車載GPS設(shè)備，等等。盡管以上已經(jīng)結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例示出了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改、替換和改變。因此，本發(fā)明不應(yīng)由上述實(shí)施例來限定，而應(yīng)由所附權(quán)利要求及其等價(jià)物來限定。
權(quán)利要求
1.一種移動(dòng)手持設(shè)備，包括 顯示單元，用于顯示實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)； 攝像單元，用于拍攝二維圖像數(shù)據(jù)；測距單元，用于測量移動(dòng)手持設(shè)備與拍攝對(duì)象之間三維輪廓距離數(shù)據(jù)； MEMS加速度計(jì)，用于記錄移動(dòng)手持設(shè)備在多個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)； 處理單元，用于從攝像單元、測距單元和MEMS加速度計(jì)接收相應(yīng)的數(shù)據(jù)，對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并在顯示單元上實(shí)時(shí)顯示處理后的數(shù)據(jù)；以及存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)與處理單元的操作有關(guān)的數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的移動(dòng)手持設(shè)備，其中，所述處理單元根據(jù)來自MEMS加速度計(jì)的運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)對(duì)測距單元的距離測量進(jìn)行補(bǔ)償。
3.如權(quán)利要求1或2所述的移動(dòng)手持設(shè)備，其中，所述多個(gè)方向包括俯仰、傾斜、前、后、 左、右、上、下方向。
4.如權(quán)利要求1或2所述的移動(dòng)手持設(shè)備，其中，攝像單元的焦點(diǎn)可以由移動(dòng)手持設(shè)備自動(dòng)選取或由移動(dòng)手持設(shè)備的用戶手動(dòng)選取。
5.如權(quán)利要求1或2所述的移動(dòng)手持設(shè)備，其中，所述顯示單元具有觸摸功能。
6.如權(quán)利要求1或2所述的移動(dòng)手持設(shè)備，其中，所述測距單元由MEMS激光器和MEMS 接收陣列組成。
7.如權(quán)利要求1或2所述的移動(dòng)手持設(shè)備，還包括 定位單元，用于提供移動(dòng)手持設(shè)備的地點(diǎn)信息和方向信息。
8.如權(quán)利要求7所述的移動(dòng)手持設(shè)備，還包括通信單元，用于將拍攝結(jié)果傳輸?shù)教囟ǖ牡乩硇畔⑾到y(tǒng)或者從該地理信息系統(tǒng)下載與拍攝背景有關(guān)的三維環(huán)境數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求1或2所述的移動(dòng)手持設(shè)備，其中，所述移動(dòng)手持設(shè)備包括移動(dòng)電話、 個(gè)人數(shù)字助理或車載GPS設(shè)備。
10.一種利用移動(dòng)手持設(shè)備拍攝三維環(huán)境的方法，包括 選取拍攝的焦點(diǎn)；測量移動(dòng)手持設(shè)備與拍攝對(duì)象之間三維輪廓距離數(shù)據(jù)； 進(jìn)行拍攝并記錄移動(dòng)手持設(shè)備在多個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)； 對(duì)拍攝的數(shù)據(jù)和測量的距離數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并實(shí)時(shí)顯示處理后的數(shù)據(jù)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)對(duì)測量的距離數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)mte ο
12.如權(quán)利要求10或11所述的方法，其中，所述多個(gè)方向包括俯仰、傾斜、前、后、左、 右、上、下方向。
13.如權(quán)利要求10或11所述的方法，其中，拍攝的焦點(diǎn)可以由移動(dòng)手持設(shè)備自動(dòng)選取或由移動(dòng)手持設(shè)備的用戶手動(dòng)選取。
14.如權(quán)利要求10或11所述的方法，還包括提供移動(dòng)手持設(shè)備的地點(diǎn)信息和方向信肩、ο
15.如權(quán)利要求10或11所述的方法，還包括將拍攝結(jié)果傳輸?shù)教囟ǖ牡乩硇畔⑾到y(tǒng)，或者從該地理信息系統(tǒng)下載與拍攝背景有關(guān)的三維環(huán)境數(shù)據(jù)。
16.如權(quán)利要求10或11所述的方法，其中，所述移動(dòng)手持設(shè)備包括移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理或車載GPS設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種移動(dòng)手持設(shè)備，包括顯示單元，用于顯示實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)；攝像單元，用于拍攝二維圖像數(shù)據(jù)；測距單元，用于測量移動(dòng)手持設(shè)備與拍攝對(duì)象之間的三維輪廓距離數(shù)據(jù)；MEMS加速度計(jì)，用于記錄移動(dòng)手持設(shè)備在多個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)；處理單元，用于從攝像單元、三維測距單元和MEMS加速度計(jì)接收相應(yīng)的數(shù)據(jù)，對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并在顯示單元上實(shí)時(shí)顯示處理后的數(shù)據(jù)；以及存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)與處理單元的操作有關(guān)的數(shù)據(jù)。本發(fā)明還公開了一種利用移動(dòng)手持設(shè)備拍攝三維環(huán)境的方法。
文檔編號(hào)G01C11/00GK102192727SQ201010147498
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者白洋政 申請(qǐng)人:阿爾卡特朗訊