用于测量空间点的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于通过激光扫描仪(1)测量空间点的方法，该方法具有如下步骤：扫描对象(2,2’)上的多个空间点；确定各个空间点的坐标(r，θ，)，其中所述激光扫描仪(1)形成坐标原点，并且所述坐标包括距离(r)和至少一个角度(θ，)；围绕中央空间点(S)确定附近范围(N)，该附近范围(N)具有至少两个空间点，这至少两个空间点的角度坐标(θ，)在确定的角度空间中与所述中央空间点(S)的角度坐标相邻；将所确定的附近范围(N)中的空间点的坐标(r，θ，)汇总；以及将所述中央坐标点(S)的坐标(r，θ，)替换为所确定的附近范围(N)中的空间点的坐标(r，θ，)的汇总。本发明还涉及用于执行这种方法的激光扫描仪(1)的用途、具有适合于执行该方法的激光扫描仪(1)的系统以及用于执行该方法的计算机程序产品。
【专利说明】用于测量空间点的方法
[0001]本发明涉及一种用于通过激光扫描仪测量空间点的方法。
[0002]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。
[0003]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φ。角Θ、φ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、φ。为每个空间点确定以距离r和角θ、φ作为坐标的距离向量。
[0004]这种激光扫描仪在商业上由本 申请人:以名称Scanstatio ClO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° X270°的视野；在0.1m到300m的距离上，其每秒确定高达0.5 X IO6个距离向量；在从Im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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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:
[0012]i)从一个空间点到下一个空间点的扫描步长基本恒定；
[0013]ii)待扫描对象的表面是基本连续的；和
[0014]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。
[0015]有利地，由所述激光扫描仪以角度的扫描步长来扫描所述空间点，并且在使用这些被扫描的空间点的情况下，确定附近范围，其中至少以下的被扫描的空间点被认为与所述中央空间点相邻，这些被扫描的空间点围绕所述中央空间点小于或等于所述角度的两个扫描步长。
[0016]有利地，通过可调滤波器对所确定的附近范围中的确定距离向量的坐标的汇总进行加权。因此，所述附近范围中的坐标的汇总是以通过可调滤波器进行加权的方式形成的，由此确定的距离向量的信息内容保持以客观上可理解的方式获得。噪声的标准偏差因而通过所述滤波器而降低。
[0017]根据本发明，将距离和至少一个角度确定为坐标。该距离可以是从激光扫描仪到对象的被扫描的空间点的直接距离。因此，可以针对用于操作激光扫描仪的方法的各种参数有针对性地执行坐标的汇总，这降低了测量误差并因此增加了扫描过程中的表面精度。
[0018]在根据本发明的方法的第一实施方式中，将距离和两个角度确定为坐标。围绕中央空间点确定二维附近范围。该附近范围具有:至少两个空间点，这至少两个空间点的第一角度坐标在确定的角度空间中与中央空间点的第一角度坐标相邻；和至少两个空间点，这至少两个空间点的第二角度坐标在确定的角度空间中与中央空间点的第二角度坐标相邻。
[0019]在根据本发明的方法的第二实施方式中，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，这至少两个空间点的角度坐标在确定的角度空间中与所述中央空间点的角度坐标相邻；并且这至少两个空间点的测量距离与在所述中央空间点中测量的距离相差不超过限定阈值。
[0020]限定阈值允许所述方法适应于所述约束条件i)至iii)的一个或多个的偏差进行调整，即，非恒定扫描步长、待扫描对象的非连续表面或不是大约为待扫描对象的连续性的量级的扫描步长。这种对对象的表面的动态响应的适应是期望的。这种偏差发生在对象的边缘或突起处。例如，扫描诸如建筑物和树之类的多个对象，其中位于激光扫描仪的视野内的建筑物至少部分被树遮挡，树竖立在建筑物前面。在树和建筑物之间存在不连续性，这与实际情况相符并且是期望的。这种不连续性滤除将破坏所确定的距离向量的信息内容。
[0021]本发明的实施方式的有利改进从从属权利要求的特征得到。
[0022]作为示例并且示意性地从如下结合附图对优选实施方式进行的描述将清楚本发明的另外的优点和特征。
[0023]图1示出了激光扫描仪的实施方式的一部分的视图；
[0024]图2示出了贯穿根据图1的激光扫描仪的截面；
[0025]图3示出了用于操作根据图1的激光扫描仪的方法的步骤的流程图；
[0026]图4示出了在根据图3的方法中确定的距离向量的坐标的汇总的第一实施方式；
[0027]图5示出了在根据图3的方法中确定的距离向量的坐标的汇总的第二实施方式；
[0028]图6示出了在根据图3的方法中确定的距离向量的坐标的汇总的第三实施方式；以及
[0029]图7和图8示出了在根据图3的方法中确定的距离向量的坐标的汇总的根据图4至6的其中一个实施方式的其他图示。
[0030]图1是用于以三维(3D)或二维(2D)方式非接触式扫描远程对象2、2’的激光扫描仪I的示意图。激光扫描仪I能够适合于静态或动态对象2、2’的特殊监测、记录、数字化等，而在对象2、2’的一般工程和结构测绘中，该激光扫描仪I还可以是大地测量的多功能设备，诸如视距仪、全站仪等。对象2、2’示意性地包括第一立方体2和第二立方体2’，其中激光扫描仪I在第一立方体2上的视野被第二立体方2’部分地隐藏。在原理上，可以扫描任意数量的对象2、2’。激光扫描仪I通过围绕两个枢轴进行360°枢转能够扫描视野为360° X360°的完整全景，因而完全扫描具有多个对象的景观。
[0031]激光扫描仪I具有作为底部的静止基座和枢转支撑件11。支撑件11包括倾斜轴线或水平枢转轴线12的第一驱动器12’和用于直立轴线或竖直枢转轴线13的第二驱动器13’。2D激光扫描仪仅仅具有一个这种驱动器。第一驱动器12’和第二驱动器13’通过操纵变量来控制。例如，偏转头14’可围绕水平枢转轴线12枢转360°，并且可围绕竖直枢转轴线13枢转360°。支撑件11由具有高刚度的坚固壳体11’构成，而偏转头14’由尽可能少和轻的零部件组成以允许水平枢转轴线12具有高转速。激光扫描仪I具有该激光扫描仪I的部件的电源(未示出)。
[0032]图2示出了贯穿支撑件11的壳体11’的截面。布置在支撑件11中的激光源16产生光15，该光15在水平枢转轴线12上被定向在镜子14上，并且通过枢转支撑件11借助于镜子14定向在待扫描的对象2上。在对象2、2’上散射或反射的光15’通过镜子14被转向并由布置在支撑件11中的至少一个检测器17记录。偏转镜子15’ ’将所记录的光15’从水平枢转轴线12偏转到检测器17上。激光源16是主动式传感器系统。光15、15’包括诸如无线电波、微波、可见光、X射线辐射或伽马辐射之类的电磁波。检测器17例如是雪崩光电二极管或PIN 二极管。至少一个角度传感器18确定镜子14的枢转位置；这例如是通过记录光学标记相对于基准的相对运动(该相对运动是通过镜子14的枢转形成的)来进行的。因此，角度传感器18记录第一角度和第二角度，所述第一角度为竖直枢转轴线13相对于对象2、2’的被扫描的空间点的水平角或方位角φ，所述第二角度为水平枢转轴线12相对于对象2、2’的被扫描的空间点的仰角或极角Θ。
[0033]激光源16、检测器17和角度传感器18将状态信号输出给控制单兀19。状态信号表示在扫描空间点的时间点时激光扫描仪I的状态。控制单元19分析状态信号。为此，控制单元19针对每一个被扫描的空间点测量所产生的光15和所记录的光15’的脉冲运行时间或者测量所产生的光15和所记录的光15’之间的相移。根据所测量的脉冲运行时间或相移，控制单元19确定用于激光扫描仪I和对象2、2’的被扫描的空间点之间的距离的距离向量E的距离r。所确定的距离向量E作为关于(r, Θ,Φ)坐标系的3D三元组(Triple)存储在控制单元9的计算机可读数据存储器中。所确定的距离向量E具有作为坐标的距离r、方位角φ和极角Θ。控制单元19生成用于第一驱动器12’和第二驱动器13’的操纵变量，以使镜子14枢转可调的扫描步长。镜子14在脉冲运行时间的测量过程中逐步地旋转或者在相移的测量过程中连续地旋转。方位角Φ的扫描步长和极角Θ的扫描步长因而是可自由设定的。对于多个距离向量E来说，激光扫描仪I的操作以时间先后顺序连续地重复。本领域技术人员也能够实现任意螺旋形扫描，来替代以逐列方式进行的围绕激光扫描仪的枢转轴线的扫描。本领域技术人员还可以使用诸如微波传感器或超声波传感器之类的另一个主动式传感器系统代替激光源。另外，本领域技术人员当然还可以使用笛卡尔坐标系代替(r，Θ,Φ)坐标系。
[0034]激光扫描仪I具有分析单元3。分析单元3可以是如图2所示的控制单元19的集成部件。然而，分析单元3也可以是与激光扫描仪I和控制单元19实体分离的独立单元，例如为个人计算机(PC)之类的静止计算机或笔记本电脑、智能电话之类的移动式计算机等。如果分析单元3是控制单元19的集成部件，则与分析单元3是与激光扫描仪I和控制单元19实体分离相比，这具有明显且更快速地进行分析的优点；另外，所确定的距离向量E可能由于数据存储和数据输送而被不利地改变，例如它们可能丧失动态响应或变得嘈杂；所述汇总则可以适合于激光扫描仪I的大部分专有软件和硬件，因此，例如，只有激光扫描仪I和对象的空间点之间的角度已经以限定的精度确定的那些距离r能够被汇总。分析单元3具有微处理器和计算机可读数据存储器。
[0035]存储在机器可读载体上的程序代码在分析单元3中执行以操作激光扫描仪I。从被扫描的对象2、2’确定的待扫描对象的距离向量E作为3D三元组从激光扫描仪I发送到分析单元3。程序代码能够以如下方式存储在计算机程序产品上而使其是计算机可读的，即:该程序代码能够执行通过激光扫描仪I测量空间点的方法的至少如下步骤:
[0036]?确定具有至少两个空间点的围绕中央空间点S的附近范围N ；
[0037]?汇总在所确定的附近范围N中的空间点的坐标r、θ、φ;以及
[0038]?用在所确定的附近范围N中的空间点的坐标r、θ、φ的汇总来替换中央空间点S的坐标r、Θ、φ。
[0039] 图3示出了在具有分析单元3的系统中用于操作激光扫描仪I的方法的步骤的流程图。在步骤a)中，由激光扫描仪I执行对对象的至少三个空间点的扫描以及对从激光扫描仪I到对象2、2’的被扫描空间点的具有至少一个坐标r、θ、φ的距离向量E的确定。在步骤b)中，确 定特征变量，例如信号幅值Aj、信噪比SRVj或其他统计特征。标示符j在这里代表三个坐标轴r、θ、φ。步骤b)是可选的，并且通过测量顺序或激光扫描仪I的设定来建立。步骤c)包括具有至少两个空间点的附近范围的确定，这两个空间点在角度空间中与中央空间点相邻。在步骤d)中，由分析单元3的计算机程序装置执行对所确定的附近范围中的所确定的距离向量E的坐标进行汇总。优选为所有被扫描的空间点执行最后两个步骤c)和d)。可以利用用于确定具有至少两个空间点的附近范围并用于所确定的附近范围中的所确定的距离向量的坐标的汇总的分析单元3或计算机程序装置来对用于扫描空间点以及用于确定距离向量的现有激光扫描仪I进行改进。
[0040]用于确定附近范围并用于针对每个中央空间点S的空间点的汇总的分析单元3可以位于激光扫描仪I本身中，然而，该分析单元3或者也可以位于外部计算机上。然而，优选地，直接在点记录过程中在激光扫描仪I上进行计算，这显著地简化了后处理。而且，通过在线改进，通过操作员的设定还可以使得滤波适合于激光扫描仪1，因而，例如可以仅汇总距离。这尤其是在对象处于较短距离范围中时(如在内部记录时)是有意义的，其中角度误差几乎不影响空间点的精度，即实际上是无误差的。相反，所确定的距离r的分散是相当大的，因此已经被减少至距离坐标r的简化汇总致使空间点的坐标显著改进。
[0041]图4至图6示出了使用分析单元3将所确定的距离向量E的坐标r，Θ，9进行汇总的三个实施方式。为此，在方位角Φ和极角Θ的角度空间中描绘距离r。图4至图6的各个点(它们彼此或多或少均匀地间隔开)是被扫描的空间点。这里，激光束15围绕水平枢转轴线12枢转，并且利用极角Θ的扫描步长从底部到顶部(或从顶部到底部)扫描第一列空间点。在扫描第一列空间点之后，利用方位角Φ的扫描步长使光束15围绕竖直枢转轴线13从左向右(或从右向左)枢转。并且使用极角Θ的扫描步长从底部到顶部扫描第二列空间点。为了清楚图示起见，而将距离r描绘为灰度图像，其中距离r被分配或多或少的明亮或黑暗的灰度；灰度越深，距离r就越大。另外，将中央空间点S的距离r规范化为以1.00为基准，以清楚地图示。在图4中，距离r全部基本为同等的深灰色(0.95〈r≤1.05)，并且对被扫描对象2、2’的平面进行建模。在图5中，距离r在中间区域中为灰色(0.95〈r≤1.05)且在两个外部区域中为深灰色(1.05<r ≤1.15)，并且对被扫描的对象2的凹槽/网格进行建模。在图6中，距离r在左下区域中为浅灰色(0.85〈r ≤ 0.95);在中间区域中，它们为灰色(0.95〈r≤1.05);而在右上区域中，它们为深灰色(1.05〈r≤1.15)，并且对被扫描对象2、2’的倾斜表面进行建模。
[0042]为了进行汇总，每个被扫描的空间点都被用作一次中央空间点S，并且围绕该中央空间点S确定附近范围N。在角度空间中，每个附近范围N都具有多个邻近于中央空间点S的被扫描的空间点。在图4至图6中，中央空间点S均利用十字线来标识。在角度空间中相邻的被扫描的空间点最靠近空间点S布置。在将距离r汇总的过程中，形成了在所确定的附近范围N中的距离r的加权和，从而得到加权算术平均值W。因此，相对于中央空间点S来测量距离r与在角度空间中相邻的被扫描的空间点的正偏差和负偏差。在已知本发明的情况下，本领域技术人员能够仅围绕单个枢转轴线枢转偏转头。本领域技术人员还能够同时围绕两个枢转轴线枢转激光束。另外，本领域技术人员能够省略将距离描绘为灰度图像并将距离规范化。而且，本领域技术人员还能够使用激光扫描仪和对象的被扫描的空间点之间的至少一个角度的绝对值来进行汇总，而不是使用所确定的距离向量的距离。本领域技术人员还能够使用所测量的明暗度(灰度)或所测量的光谱值(颜色)的绝对值来进行汇总而不是使用所确定的距离向量的距离。当然，本领域技术人员还能够将角度绝对值或所测量强度(灰度)的绝对值或所测量的光束值(颜色)的绝对值与所确定的距离向量的距离进行组合以进行汇总。
[0043]根据图4，一维附近范围N具有至少三个被扫描的空间点。被扫描的空间点已经通过激光扫描仪I以直接时间先后顺序在具有极角Θ的扫描步长的列中进行扫描。被扫描的空间点以如下方式用作一维附近范围N的中央空间点S，即:至少一个相邻的空间点按照时间先后在该中央空间点S之前被扫描，并且至少一个相邻的空间点按照时间先后在该中央空间点S之后被扫描。
[0044]然而，当前还使用激光扫描仪I进行3D测量任务，这种3D测量任务以时间先后并行地进行记录，即所谓的3D照相机。这种3D照相机具有成像表面传感器，所述成像表面传感器具有逐像素时间测量电路，通过所述逐像素时间测量电路，3D照相机记录从对象反射的调制光锥的运行时间或相移。在这种情况下，并没有为多个距离向量E建立时间先后顺序。然而，可以由此为出发点，以与串行扫描的仪器的时间先后顺序同意义的布置来存储同时被记录的空间点。表述“空间点的时间先后顺序”因此也适用于并行记录的激光扫描仪
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[0045]从而，为了在汇总过程中不破坏所确定的距离向量的信息内容，而进行对称平均化，即，关于角度空间中的中央空间点S限定对称布置的相邻的被扫描的空间点。如果使用关于中央空间点S的相邻的被扫描的空间点的对称布置，则例如会破坏待形成的均值，其可以表示对象2、2’的表面的实际不存在的倾度。
[0046] 具体地说，根据图4的实施方式的一维附近范围N具有五个被扫描的空间点，其中的第三个空间点用作中央空间点S，与中央空间点S相邻一个或两个极角Θ的扫描步长的两个空间点按照时间先后在该中央空间点之前被扫描，并且与中央空间点S相邻一个或两个极角Θ的扫描步长的两个空间点按照时间先后在该中央空间点之后被扫描。将该对称附近范围N汇总。该汇总围绕激光扫描仪I的水平枢转轴线12在沿着极角Θ的扫描步长的维度中使用滤波器?进行滤波。该滤波器?可以是统一的，即，将该附近范围中的每个
空间点同等地加权，这导致统一滤波器? = iiii]然而，该滤波器O也可以是非
O
统一的，此时，中央空间点S被双重加权，并且最靠近中央空间点S定位的两个空间点也被双重加权，这导致中央加权滤波器? = 2 2 2 1]该非统一滤波器O也可以是抛物
线加权滤波器θ = &[-3 12 17 12 -3]
[0047]对于均匀滤波器O来说，根据公式(2)为一维附近范围N确定同等加权的算术平均值w:
[0048]w = ^[l I I I I].[10.022 10.002 10.010 9.097 10.047],()
[0049]其中第二向量中的值对应于来自激光扫描仪I的附近范围N中的空间点的距离r。[0050]对于中央加权滤波器O来说，根据公式(2’ )为一维附近范围N确定中央加权算术平均值w:
[0051]
【权利要求】
1.一种用于通过激光扫描仪(I)测量空间点的方法，该方法具有如下步骤: ?扫描对象(2，2’ )的多个空间点；和 ?确定各个空间点的坐标(r，Θ，Φ )，其中所述激光扫描仪⑴形成坐标原点，并且所述坐标包括距离(r)和两个角度(θ，φ )， 其特征在于， ?围绕中央空间点(S)确定二维附近范围(N)，该二维附近范围(N)具有至少两个空间点，这至少两个空间点的第一角度坐标(Θ)在确定的角度空间中与所述中央空间点(S)的第一角度坐标相邻；和 至少两个空间点，这至少两个空间点的第二角度坐标(Φ )在确定的角度空间中与所述中央空间点(S)的第二角度坐标相邻； ?将所确定的附近范围(N)中的空间点的坐标(r，θ，φ )汇总；以及?将所述中央空间点(S)的坐标(r，θ，φ )替换为所确定的附近范围(N)中的空间点的坐标(r，θ，φ)的汇总。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于: 由所述激光扫描仪(1)使用角度(Θ，Φ )的扫描步长来扫描所述空间点。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于: 在使用这些被扫描的空间点的情况下，确定附近范围(N)，其中至少以下的被扫描的空间点被认为与所述中央空间点(S)相邻，这些被扫描的空间点围绕所述中央空间点(S)小于或等于所述角度(θ，Φ)的两个扫描步长。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于: ?由所述激光扫描仪(I)扫描在具有第一角度(Θ )的扫描步长的至少三个区间段(N’、N”、N”’、N””、N””’ )中的空间点；和 ?在使用这些区间段(Ν’、Ν”、Ν”’)的情况下来确定附近范围(N)，其中认为至少那些围绕所述中央空间点(S)小于或等于第二角度(Φ )的两个扫描步长的区间段(N’、N”、N”’、N””、N””’ )与所述中央空间点⑶相邻。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于: 确定在所述角度空间中对称的附近范围(N)，特别地其中将关于所述中央空间点(S)对称布置的多个空间点确定为所述角度空间中的所述附近范围(N)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于: 在所确定的附近范围(N)中将那些空间点的距离ω相应地汇总。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于: 在所确定的附近范围(N)中将所述空间点的三个坐标(r，θ，φ.)相应地汇总。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于: 将所述中央空间点⑶的坐标(r，θ，φ )替换为所确定的附近范围(N)中的坐标(r，Θ，Ψ )的平均值(W)，特别地其中至少所述中央空间点(S)的所述距离(r)被替换。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于: 通过可调滤波器(?)对所确定的附近范围(N)中的坐标(r，θ，φ )的汇总进行加权。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于: 通过所述滤波器(?)对所述附近范围(N)中的空间点进行同等加权。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于: 通过所述滤波器(?)对所述附近范围(N)中的空间点进行不等加权，特别是进行中央加权和/或以抛物线进行加权。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于: 仅将这样的空间点的坐标(r，θ，φ )汇总，即，这些空间点的测量距离(r)与在所述中央空间点⑶中测量的距离OJ相差不超过限定阈值(t)。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于: 使用阈值(t)，该阈值(t)为恒定位移值Utl)和测量值U1)之和，特别地，其中使用测量值(ti)，该测量值(ti): ?与所记录的光(15’ )的测量幅值(A)成反比； ?与所记录的光(15’ )的测量幅值㈧的实指数幂成比例；和/或 ?从所记录的光(15’ )的信噪比(SNR)推导出。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其特征在于: ?通过可调滤波器(?)对所确定的附近范围(N)中的坐标(r，θ，φ )的汇总进行加权；和 ?通过适应滤波器(?)将测量距离(r)与在所述中央空间点(S)中测量的距离(rQ)相差超过限定阈值(t)的被扫描的空间点滤除。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其特征在于，通过使用由所述激光扫描仪(I)以时间先后顺序扫描的三个空间点来确定所述附近范围(N)，其中至少一个被扫描的空间点按照时间先后在所述中央空间点(S)之前被扫描，并且至少一个被扫描的空间点按照时间先后在所述中央空间点(S)之后被扫描。
16.一种用于执行根据权利要求1至15中任一项所述的方法的激光扫描仪(I)的用途。
17.一种适合于执行根据权利要求1至15中任一项所述的方法的系统，该系统包括激光扫描仪(I)，其特征在于，能由所述激光扫描仪(I)来执行如下步骤: ?扫描对象(2，2’ )的多个空间点；和 ?确定每个空间点的坐标(r，θ，φ )，其中所述激光扫描仪⑴形成坐标原点，并且所述坐标包括距离(r)和至少两个角度(θ，φ )， 并且，所述系统包括分析单元(3)，至少能由所述分析单元(3)来执行如下步骤: ?围绕中央空间点(S)确定二维附近范围(N)，该二维附近范围(N)具有·至少两个空间点，这至少两个空间点的第一角度坐标(Θ)在确定的角度空间中与所述中央空间点(S)的第一角度坐标相邻；和·至少两个空间点，这至少两个空间点的第二角度坐标(φ)在确定的角度空间中与所述中央空间点(S)的第二角度坐标相邻； ?将所确定的附近范围(N)中的空间点的坐标(r，θ，φ )汇总；以及 ?将所述中央坐标点(S)的坐标(r，θ，φ )替换为所确定的附近范围(N)中的空间点的坐标(r，θ，φ )的汇总。
18.一种具有程序代码的计算机程序产品，该程序代码被存储在机器可读载体上，该计算机程序产品用于特别地当在分析单元(3)中执行程序时执行根据权利要求1至15中任一项所述的方法的至少如下步骤: ?围绕中央空间点(S)确定二维附近范围(N)，该二维附近范围(N)具有至少两个空间点，这至少两个空间点的第一角度坐标(Θ)在确定的角度空间中与所述中央空间点(S)的第一角度坐标相邻；和 至少两个空间点，这至少两个空间点的第二角度坐标(φ)在确定的角度空间中与所述中央空间点(S)的第二角度坐标相邻； ?将所确定的附近范围(N)中的空间点的坐标(r，θ，φ )汇总；以及?将所述中央坐标点(S)的坐标(r，θ，φ )替换为所确定的附近范围(N)中的空间点的坐标(r，θ，φ)的汇总。
19.一种通过激光扫描仪(I)测量空间点的方法，该方法具有如下步骤: ?扫描对象(2，2’ )的多个空间点；和 ?确定各个空间点的坐标(r，Θ，Φ )，其中所述激光扫描仪⑴形成坐标原点，并且所述坐标包括距离(r)和至少一个角度(θ，φ )， 其特征在于， ?围绕中央空间点⑶确定附近范围(N)，该附近范围(N)具有至少两个空间点， 这至少两个空间点的角度坐标(θ，φ:)在确定的角度空间中与所述中央空间点(S)的角度坐标相邻；和 这至少两个空间点的测量距离(r)与在所述中央空间点(S)中测量的距离OJ相差不超过限定阈值⑴； ?将所确定的附近范围(N)中的空间点的坐标(r，θ，φ )汇总；以及?将所述中央坐标点(S)的坐标(r，θ,φ )替换为所确定的附近范围(N)中的空间点的坐标(r，θ,φ)的汇总。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，使用阈值(t)，该阈值(t)为恒定位移值(h)和测量值U1)之和，特别地，其中使用测量值U1)，该测量值U1): ?与所记录的光(15’ )的测量幅值(A)成反比； ?与所记录的光(15’ )的测量幅值㈧的实指数幂成比例；和/或 ?从所记录的光(15’ )的信噪比(SNR)推导出。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其特征在于，通过使用由所述激光扫描仪(I)以时间先后顺序扫描的三个空间点来确定所述附近范围(N)，其中至少一个被扫描的空间点按照时间先后在所述中央空间点(S)之前被扫描，并且至少一个被扫描的空间点按照时间先后在所述中央空间点(S)之后被扫描。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的方法，其特征在于，确定在所述角度空间中对称的附近范围(N)，特别地其中将关于所述中央空间点(S)对称布置的多个空间点确定为所述角度空间中的附近范围(N)。
23.根据权利要求19至22中任一项所述的方法，其特征在于，在所确定的附近范围(N)中将所述空间点的距离ω相应地汇总。
24.根据权利要求19至23中任一项所述的方法，其特征在于，在所确定的附近范围(N)中将所述空间点的三个坐标(r，θ，φ)相应地汇总。
25.根据权利要求19至24中任一项所述的方法，其特征在于，将所述中央空间点(S)的坐标(r，θ,φ)替换为所确定的附近范围(N)中的坐标(r，θ,φ)的平均值(w)。
26.根据权利要求19至25中任一项所述的方法，其特征在于，通过可调滤波器(O)对所确定的附近范围(N)中的坐标(r，θ，φ )的汇总进行加权。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，通过所述滤波器(Θ)对所述附近范围(N)中的空间点进行同等加权。
28.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，通过所述滤波器(Θ)对所述附近范围(N)中的空间点进行不等加权，特别是进行中央加权和/或以抛物线进行加权。
29.根据权利要求19至28中任一项所述的方法，其特征在于，确定围绕所述中央空间点(S)的二维附近范围(N)，具体地其中该附近范围(N)具有 ?至少两个空间点，这至少两个空间点的第一角度坐标(θ )在确定的角度空间中与所述中央空间点(S)的第一角度坐标相邻；和 ?至少两个空间点，这至少两个空间点的第二角度坐标(φ)在确定的角度空间中与所述中央空间点(S)的第二角度坐标相邻。
30.根据权利要求19至29中任一项所述的方法，其特征在于， ?由所述激光扫描仪(I)扫描在具有第一角度(θ )的扫描步长的至少三个区间段(N’、N”、N”’、N””、N””’ )中的空间点；和 ?在使用这些区间段(N’、N”、N”’ )的情况下来确定附近范围(N)，其中认为至少那些围绕所述中央空间点⑶小于或等于第二角度(Φ)的两个扫描步长的区间段(Ν’、Ν”、Ν”’、N””、N””’ )与所述中央空间点⑶相邻。
31.一种用于执行根据权利要求19至30中任一项所述的方法的激光扫描仪(I)的用途。
32.一种适合于执行根据权利要求19至30中任一项所述的方法的系统，该系统包括激光扫描仪(I)，其特征在于，能由所述激光扫描仪(I)来执行如下步骤: ?扫描对象(2，2’ )的多个空间点；和 ?确定每个所述空间点的坐标(r，θ，Φ )，其中所述激光扫描仪⑴形成坐标原点，并且所述坐标包括距离(r)和至少一个角度(θ，φ )， 并且所述系统包括分析单元(3)，至少能由所述分析单元(3)来执行如下步骤: ?围绕中央空间点⑶确定附近范围(N)，该附近范围(N)具有至少两个空间点； 这至少两个空间点的角度坐标(θ，φ)在确定的角度空间中与所述中央空间点(S)的角度坐标相邻；和 这至少两个空间点的测量距离(r)与在所述中央空间点(S)中测量的距离OJ相差不超过限定阈值⑴； ?将所确定的附近范围(N)中的空间点的坐标(r，θ,φ)汇总；以及 ?将所述中央坐标点(S)的坐标(r，θ，φ)替换为所确定的附近范围(N)中的空间点的坐标(r，θ,φ)的汇总。
33.一种具有程序代码的计算机程序产品，该程序代码被存储在机器可读载体上，该计算机程序产品用于特别地当在分析单元(3)中执行程序时执行根据权利要求19至30中任一项所述的方法的至少如下步骤: ?围绕中央空间点⑶确定附近范围(N)，该附近范围(N)具有至少两个空间点； 这至少两个空间点的角度坐标(θ，Φ )在确定的角度空间中与所述中央空间点(S)的角度坐标相邻；和 这至少两个空间点的测量距离(r)与在所述中央空间点(S)中测量的距离OJ相差不超过限定阈值⑴； ?将所确定的附近范围(N)中的空间点的坐标(r，θ,Φ)汇总；以及?将所述中央坐标点(S)的坐标(r，θ，φ )替换为所确定的附近范围(N)中的空间点的坐标(r，θ,φ)的汇总。
【文档编号】G01S17/42GK103917892SQ201280053354
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年11月29日 优先权日:2011年11月29日
【发明者】雷托·施图茨, 贝亚特·埃比舍尔, 马塞尔·罗纳, I·贝德纳雷克 申请人:赫克斯冈技术中心