[發明專利]一種三維激光掃描空間分辨率增強的方法

有效

• 申請號: 201510069984.3
• 申請日: 2015-02-10
• 公開（公告）號: CN104613896B
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 張達;馬志;陳凱;楊小聰;崔昊
• 申請（專利權）人: 北京礦冶研究總院
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司11260
• 代理人: 鄭立明,鄭哲

技術領域

本發明涉及三維測量技術領域，尤其涉及一種三維激光掃描空間分辨率增強的方法。

背景技術

三維激光掃描系統，是利用激光測距技術獲取測量距離值，并在兩級驅動裝置的帶動下，完成三維空間掃描過程。三維激光掃描技術，是一種非接觸式測量技術，在建筑物三維建模、地下空間探測等方面，都有著重要的應用價值。

在三維激光掃描方法中，最常用的是等角度掃描，兩軸驅動裝置按照預設的運動方式完成整個掃描過程，掃描軌跡的空間角度是相等的，但是由于被測物體與測量模塊的距離不同、被測空間表面輪廓各異，最終導致掃描軌跡的空間距離差異很大，空間分辨率較低。

還有的三維激光掃描方法，簡單的計算了驅動裝置的角度增量，根據測距值做出了一定的調整，但是缺乏完整的掃描軌跡規劃方案和運動控制模型，效果有限。

發明內容

本發明的目的是提供一種三維激光掃描空間分辨率增強的方法，可以大幅度增強三維激光掃描的空間分辨率以及掃描效率。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種三維激光掃描空間分辨率增強的方法，該方法包括：

利用空間形態互相垂直的一級驅動裝置和二級驅動裝置根據初始的設定帶動激光測距模塊對被測空間進行掃描測量，將每一周掃描軌跡分成N等分，每一等分的分割點則為關鍵點；

根據前m-1周關鍵點的測量距離值、預設的每一圈掃描軌跡之間的理想間距以及預設的測量點之間的理想間距，估算第m周的掃描中關鍵點的位置及相鄰關鍵點之間的掃描時間；

根據上述估算結果進行第m周的掃描，并估算第m+1周的掃描中關鍵點的位置以及相鄰關鍵點之間的掃描時間，直至完成被測空間的掃描測量。

進一步的，所述一級驅動裝置沿一個方向一圈一圈地連續轉動，二級驅動裝置配合一級驅動裝置轉動，形成螺旋線形式的掃描軌跡。

進一步的，根據前m-1周關鍵點的測量距離值以及預設的每一周掃描軌跡之間的理想間距，估算第m周的掃描中關鍵點的位置，所述關鍵點的位置對應于二級驅動裝置的角度位置；

根據第m-1周掃描軌跡上第n個關鍵點的測量距離值d_n(m-1)，以及第m-2周掃描軌跡上第n個關鍵點的測量距離值d_n(m-2)，來估算第m周掃描軌跡上第n個關鍵點對應的二級驅動裝置角度增量：

其中，l₀為預設的每一周掃描軌跡之間的理想間距；β_nm為二級微分增量因子，其表示為：

若第m-1周掃描軌跡上第n個關鍵點對應的二級驅動裝置角度位置為P_sn(m-1)，則第m周掃描軌跡上第n個關鍵點對應的二級驅動裝置角度位置為：

P_snm＝P_sn(m-1)+ΔP_snm。

進一步的，根據預設的測量點之間的理想間距來估算第m周的相鄰關鍵點之間的掃描時間；

所述預設的測量點之間的理想間距與預設的相鄰關鍵點之間的掃描時間T₀以及對應的測量距離值d₀相關，估算第m周掃描軌跡上第n-1個關鍵點與第n個關鍵點之間的掃描時間T_nm的公式表示為：

其中，α_nm為同步影響因子，在第m周掃描軌跡上第n-1個關鍵點與第n個關鍵點之間，一級驅動裝置角位移表示為S_dnm，二級驅動裝置角位移表示為S_snm，則同步影響因子表示為：

γ_nm為二級驅動裝置角度影響因子，表示為：γ_nm＝sin(P_snm)_；其中，P_snm表示第m周掃描軌跡上第n個關鍵點對應的二級驅動裝置角度位置；

ε_nm為一級微分增量因子，在第m周掃描軌跡上第n-1個關鍵點與第n個關鍵點之間，一級驅動裝置與二級驅動裝置合成角位移表示為S_nm，則一級微分增量因子ε_nm表示為：

進一步的，所述根據上述估算結果進行第m周的掃描，并估算第m+1周的掃描中關鍵點的位置以及相鄰關鍵點之間的掃描時間包括：