[发明专利]一种三维激光扫描仪数据滤波方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数据滤波方法，特别是一种三维激光扫描仪数据滤波方法，为实时在线三维扫描检测的研究和开发提供了必要条件，属于数据处理领域。

背景技术

理论上说，任何电子线路都有电路噪声，如电阻的热噪声、晶体三极管的噪声等，通常来讲，这类噪声都非常弱，但由于三维激光扫描仪是基于激光测距的方式进行测量，信号的计时精度达到皮秒(1-12e秒)级，因此mv级的噪声引入都会对最终信号的获取产生较大影响。在常规激光测距中，可以采用多次平均法进行滤除相关噪声，如激光测距机中，一般测距机的激光频率为20hz，测距能力是2秒测量一个点，这样可以通过近40组测量数据进行相关噪声的滤除，而在三维激光扫描仪的测距中，激光的发射频率通常都为100khz以上，且扫描的过程中机器的发射接收部分是不停的旋转，以实现扫描的过程，因此每次测距的过程只能进行一次，这样的工作原理决定了不可以传统的多次测量计算均值的方式进行滤波处理。

为了克服这一难题，国内外学者们提出了多种基于点云模型的光顺去噪算法，由于三维激光扫描仪获取的最终数据是点云，类似于一种具有空间信息的照片，因此这些算法大多是来自图像去噪和网格光顺算法，这一类算法大都是根据特征保持进行优化(具体参考杜小燕，姜晓峰，昊传刚等，点云模型的双边滤波去噪算法，计算机应用与软件，Vol.27No.7jul2010)，如基于Laplacian算子的方法、基于最优化的方法和简单的非迭代方法。Laplacian光顺方法，可看作是通过扩散模型中的高频几何信息来达到光顺的目的，但因其是各向同性的，当迭代多次后会出现顶点漂移以及特征磨损的情况；基于光滑曲面拟合的算法(具体参考ShenB，LeeSJ，BasuS.CachingStrategiesinTranscoding-EnabledProxySystemsforStreamingMediaDistributionNetworks[J].IEEETransactionsOnMultimedia，2004，6(2):375-386)，其中移动最小二乘曲面(MLS)拟合算法，是将点移动到局部拟合的MLS曲面上来达到光顺去噪的效果。

上述诸类算法的主要是基于重建扫描对象的几何特征的方式进行滤波，主要特点是可以根据几何特征的特点滤除掉各类噪声，但是其问题在于采用这种方式进行滤波处理，无法实现实时处理，必须待所有数据扫描完成后，再根据其空间位置关系计算法向、高斯曲率等信息，系统占用资源高，无法面向实时应用需求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种三维激光扫描仪数据滤波方法，通过实际激光信号与理想激光信号作差获取噪声信号，并对噪声信号进行分类和特征提取，利用提取的噪声特征设计一个噪声滤波器，并利用预设的阈值确定所设计的噪声滤波器是否合理，改变激光信号的强度产生一系列噪声滤波器，最后从一系列噪声滤波器中选取最优的噪声滤波器作为最终的滤波器进行数据滤波，本发明中的方法实现了三维激光扫描仪在数据高速采集过程中，对影响精度的电子类等噪声的滤除，提高了三维激光扫描仪的测距精度，且可以实现数据的实时滤波，最大程度上满足了三维激光扫描仪数据滤波的需求。

本发明的技术解决方案是：一种三维激光扫描仪数据滤波方法，步骤如下：

(1)利用三维激光扫描仪的信号源产生一个恒定的激光信号，该激光信号通过光电探测器转化为电信号，并经过放大和整形后，采用高频设备转换为数字信号，计算出距离信息进行保存；

(2)模拟出一个理想数字信号作为预设信号，利用该预设信号计算预设距离信息，并将预设距离信息与步骤(1)保存的距离信息进行作差运算，获得距离信息差值；

(3)利用步骤(2)中的距离信息差值和数据频率采用均值聚类计算出电路噪声的特征信息，所述电路噪声的特征信息包括噪声频率和噪声强度；

(4)根据步骤(3)中的电路噪声特征信息，设计一个噪声滤波器；

(5)利用步骤(4)设计的噪声滤波器对步骤(1)中的数字信号进行滤波后计算距离信息，并与步骤(2)中的预设距离信息作差；若差值大于预设的阈值，则返回步骤(3)，重新计算特征信息；否则，进入步骤(6)；

(6)保持步骤(1)中信号源频率不变，改变激光信号的强度，重复步骤(1)～步骤(5)；

(7)重复步骤(1)～步骤(6)N次，选择滤波后数学信号计算得到的距离信息与预设距离信息之间差值最小时对应的噪声滤波器为最终的噪声滤波器，利用该噪声滤波器对三维激光扫描仪数据进行滤波。