[發明專利]用于測量空間點的方法

有效

• 申請號: 201280053354.1
• 申請日: 2012-11-29
• 公開（公告）號: CN103917892A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 雷托·施圖茨;貝亞特·埃比舍爾;馬塞爾·羅納;I·貝德納雷克
• 申請（專利權）人: 赫克斯岡技術中心
• 主分類號: G01S17/42
• 分類號: G01S17/42;G01S17/89;G01C15/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 王小東

本發明涉及一種用于通過激光掃描儀測量空間點的方法。

DE10150436A1描述了一種用于以三維(3D)方式非接觸式掃描任何遠程對象的激光掃描儀。由激光源產生的光通過鏡子定向到待掃描對象上，并且從被掃描對象反射的光通過該鏡子偏轉并由檢測器記錄。通過調節鏡子，光以時間先后順序來掃描對象的多個不同點。在本發明的意義中，待掃描對象還可以是由多個物理對象(例如多棵樹、多個人、多個房屋等)構成的景觀。

因此，激光掃描儀的操作模式基于光與待掃描對象上的點的相互作用。在本發明的意義中，該物理過程被概括為光在對象的空間點上的散射或反射。激光掃描儀相對于對象的空間點的鏡子位置通過角度傳感器確定為仰角或極角θ和水平角或方位角。角θ、形成角度空間。鏡子被逐步地或連續地旋轉。激光源、檢測器和角度傳感器將狀態信號輸出給控制單元。狀態信號指出在掃描空間點的時間點時激光掃描儀的狀態。對于每一個被掃描的空間點，控制單元測量所產生和記錄的光的脈沖運行時間，或者其所產生的光和記錄的光之間的相移。控制單元根據這種測量數據來確定從激光掃描儀到被掃描的空間點的距離r。激光掃描儀的操作以時間先后順序重復進行以確定多個距離r和角θ、為每個空間點確定以距離r和角θ、作為坐標的距離向量。

這種激光掃描儀在商業上由本申請人以名稱Scanstatio?C10發布。該激光掃描儀測量脈沖運行時間并執行空間點的單獨測量。該激光掃描儀具有360°×270°的視野；在0.1m到300m的距離上，其每秒確定高達0.5×10⁶個距離向量；在從1m到50m的距離范圍內，對象的坐標位置以6mm的測量精度確定，并且對象的距離r以4mm的測量精度確定。

測量精度受到所輸出的狀態信號的難以量化的各種類型噪聲的限制。例如，噪聲會由于檢測器的熱噪聲、由于檢測器中的光子量化噪聲、由于檢測器中使用的雪崩(avalanche)光電二極管或PIN二極管中的局部峰值而出現。噪聲還會由于背景光的光子而出現。當距離較短時，散粒噪聲削弱測量精度，這種散粒噪聲是由入射信號光子的波動而產生的。

本發明的第一目的是提供一種用于操作激光掃描儀的改進方法。本發明的第二目的是提供一種用于操作激光掃描儀的方法，該激光掃描儀以非常高的測量精度非常快速地掃描對象。本發明的第三目的是以簡單方式裝備現有的激光掃描儀，以便以非常高的測量精度非常快速地掃描對象。

這些目的中的至少一個目的通過獨立權利要求的特征部分或從屬權利要求實現。

根據本發明，用于操作激光掃描儀的方法具有如下步驟：掃描對象的至少三個空間點；確定各個空間點的坐標，其中所述激光掃描儀形成坐標原點，并且所述坐標包括距離和至少一個角度；圍繞中央空間點確定附近范圍，該附近范圍具有至少兩個空間點；將所確定的附近范圍中的空間點的坐標匯總；以及將所述中央坐標點的坐標替換為所確定的附近范圍中的空間點的坐標的匯總。

有利地，通過所確定的附近范圍中的空間點的確定坐標的均值將中央空間點的確定坐標替換為所確定的附近范圍中的空間點的確定坐標的匯總。因此，考慮到約束條件，可以有針對性地將確定坐標替換為坐標的匯總，優選替換為均值，這降低了測量誤差，并因此提高了掃描過程中的表面精度。

已經表明，在激光掃描儀的操作過程中，所確定的附近范圍中的空間點的坐標的匯總提高了待掃描的對象的表面精度。根據本發明，由激光掃描儀確定的空間點被實時地處理，或者被延時處理。為此，形成被掃描空間點的附近范圍。該附近范圍的被掃描的空間點中的一個空間點被確定為中央空間點，并且至少兩個被掃描空間點被確定為在角度空間中與該中央空間點相鄰。將該附近范圍中的確定空間點的坐標匯總，這致使測量誤差最小化。

本發明的意義中的匯總是指對中央空間點的附近范圍中的確定空間點的坐標進行濾波；在濾波過程中，考慮空間點的坐標信息項，優選考慮該附近范圍中的所有空間點的坐標信息項；以及將中央空間點的坐標替換為匯總的坐標。針對所記錄的其他空間點，優選針對所記錄的所有空間點重復進行該匯總。為此，確定另一中央空間的另一附近范圍，并且將其它被掃描的空間點確定為角度空間中與該另一中央空間點相鄰。因此，在匯總過程中，沒有數據減少，空間點的數量也沒有減少，坐標的數量也沒有減少。這里預先假設三個約束條件：

i)從一個空間點到下一個空間點的掃描步長基本恒定；

ii)待掃描對象的表面是基本連續的；和

iii)掃描步長大約為待掃描對象的表面的連續性的量級。這種坐標匯總以較小的技術努力非常快速地進行。