[发明专利]用于测量空间点的方法

说明书

本发明涉及一种用于通过激光扫描仪测量空间点的方法。

DE10150436A1描述了一种用于以三维(3D)方式非接触式扫描任何远程对象的激光扫描仪。由激光源产生的光通过镜子定向到待扫描对象上，并且从被扫描对象反射的光通过该镜子偏转并由检测器记录。通过调节镜子，光以时间先后顺序来扫描对象的多个不同点。在本发明的意义中，待扫描对象还可以是由多个物理对象(例如多棵树、多个人、多个房屋等)构成的景观。

因此，激光扫描仪的操作模式基于光与待扫描对象上的点的相互作用。在本发明的意义中，该物理过程被概括为光在对象的空间点上的散射或反射。激光扫描仪相对于对象的空间点的镜子位置通过角度传感器确定为仰角或极角θ和水平角或方位角。角θ、形成角度空间。镜子被逐步地或连续地旋转。激光源、检测器和角度传感器将状态信号输出给控制单元。状态信号指出在扫描空间点的时间点时激光扫描仪的状态。对于每一个被扫描的空间点，控制单元测量所产生和记录的光的脉冲运行时间，或者其所产生的光和记录的光之间的相移。控制单元根据这种测量数据来确定从激光扫描仪到被扫描的空间点的距离r。激光扫描仪的操作以时间先后顺序重复进行以确定多个距离r和角θ、为每个空间点确定以距离r和角θ、作为坐标的距离向量。

这种激光扫描仪在商业上由本申请人以名称Scanstatio C10发布。该激光扫描仪测量脉冲运行时间并执行空间点的单独测量。该激光扫描仪具有360°×270°的视野；在0.1m到300m的距离上，其每秒确定高达0.5×10⁶个距离向量；在从1m到50m的距离范围内，对象的坐标位置以6mm的测量精度确定，并且对象的距离r以4mm的测量精度确定。

测量精度受到所输出的状态信号的难以量化的各种类型噪声的限制。例如，噪声会由于检测器的热噪声、由于检测器中的光子量化噪声、由于检测器中使用的雪崩(avalanche)光电二极管或PIN二极管中的局部峰值而出现。噪声还会由于背景光的光子而出现。当距离较短时，散粒噪声削弱测量精度，这种散粒噪声是由入射信号光子的波动而产生的。

本发明的第一目的是提供一种用于操作激光扫描仪的改进方法。本发明的第二目的是提供一种用于操作激光扫描仪的方法，该激光扫描仪以非常高的测量精度非常快速地扫描对象。本发明的第三目的是以简单方式装备现有的激光扫描仪，以便以非常高的测量精度非常快速地扫描对象。

这些目的中的至少一个目的通过独立权利要求的特征部分或从属权利要求实现。

根据本发明，用于操作激光扫描仪的方法具有如下步骤：扫描对象的至少三个空间点；确定各个空间点的坐标，其中所述激光扫描仪形成坐标原点，并且所述坐标包括距离和至少一个角度；围绕中央空间点确定附近范围，该附近范围具有至少两个空间点；将所确定的附近范围中的空间点的坐标汇总；以及将所述中央坐标点的坐标替换为所确定的附近范围中的空间点的坐标的汇总。

有利地，通过所确定的附近范围中的空间点的确定坐标的均值将中央空间点的确定坐标替换为所确定的附近范围中的空间点的确定坐标的汇总。因此，考虑到约束条件，可以有针对性地将确定坐标替换为坐标的汇总，优选替换为均值，这降低了测量误差，并因此提高了扫描过程中的表面精度。

已经表明，在激光扫描仪的操作过程中，所确定的附近范围中的空间点的坐标的汇总提高了待扫描的对象的表面精度。根据本发明，由激光扫描仪确定的空间点被实时地处理，或者被延时处理。为此，形成被扫描空间点的附近范围。该附近范围的被扫描的空间点中的一个空间点被确定为中央空间点，并且至少两个被扫描空间点被确定为在角度空间中与该中央空间点相邻。将该附近范围中的确定空间点的坐标汇总，这致使测量误差最小化。

本发明的意义中的汇总是指对中央空间点的附近范围中的确定空间点的坐标进行滤波；在滤波过程中，考虑空间点的坐标信息项，优选考虑该附近范围中的所有空间点的坐标信息项；以及将中央空间点的坐标替换为汇总的坐标。针对所记录的其他空间点，优选针对所记录的所有空间点重复进行该汇总。为此，确定另一中央空间的另一附近范围，并且将其它被扫描的空间点确定为角度空间中与该另一中央空间点相邻。因此，在汇总过程中，没有数据减少，空间点的数量也没有减少，坐标的数量也没有减少。这里预先假设三个约束条件：

i)从一个空间点到下一个空间点的扫描步长基本恒定；

ii)待扫描对象的表面是基本连续的；和

iii)扫描步长大约为待扫描对象的表面的连续性的量级。这种坐标汇总以较小的技术努力非常快速地进行。