基于模型的扫描线编码器的制造方法
【技术领域】
[0001]本文公开的实施方式涉及三维(3D)激光扫描数据的压缩和检索。
【背景技术】
[0002]使用激光成像、探测和测距(LIDAR)技术来捕获3_D现实的扫描装置(诸如在美国专利7，701, 558和美国专利5，988，862中描述的那些)日益流行且越来越多地被使用。通常，激光扫描仪可以包括生成一个或更多个目标表面的一个或更多个测距样本的一些形式的LIDAR。该LIDAR还可以生成与样本相关的辅助数据，诸如描述为“主动颜色(activecolor) ”的激光回波强度的测量值和/或描述为“被动颜色(passive color) ”的采样表面的颜色。强度可以指来自激光的从表面返回的光，所述光可以包括几个不同的波长。颜色可以指从表面被动返回的光，所述光可以由如对超光谱和/或热成像感兴趣的一个或更多个不同频带组成。
[0003]LIDAR可以被激光扫描仪机械地定位以随着时间来采样感兴趣的区域。将LIDAR的机械定位描述为扫描。定位处理可以确定LIDAR样本的原点和方向。可以采用原点和方向以及测距在基坐标系中生成样本点。每一个样本点与其辅助数据(例如，回波强度和/或颜色)一起可以被描述为扫描点。扫描点的集合可以被描述为扫描。该扫描可以包括扫描线，每一条扫描线可以包括在单次机械移动或扫掠(sweep)期间收集的扫描点的集合。
[0004]存在几个机械定位的示例。对于典型的地面测量LIDAR(例如Leica ScanStat1nC1)，LIDAR的机械定位可以通过利用垂直偏转器垂直偏转LIDAR的视场并且与LIDAR —起水平旋转该垂直偏转器来实现。这样，可以实现通常类似于球体的扫描视场。在一些空运LIDAR系统(例如Leica ALS70)中，LIDAR可以通过偏转器在飞行路径上被偏转。该偏转器和LIDAR可以被安装到航空器上。类似地，在一些基于地面车辆的LIDAR系统中，LIDAR可以随着车辆沿道路移动而围绕环境来偏转。目标锁定的楔形棱镜扫描仪可以通过使激光束穿过两个修圆的楔形棱镜来形成LIDAR视场，一个修圆的楔形棱镜以比第二个修圆的楔形棱镜低得多的速度旋转，因此创建了螺旋形LIDAR采样路径。
[0005]本文要求保护的主题不限于解决任何缺点或只在例如上文描述的环境中工作的实施方式。而是，仅提供该【背景技术】来例示可以实施本文描述的一些实施方式的一个示例性技术领域。
【发明内容】
[0006]本文公开的实施方式涉及三维(3-D)激光扫描数据的压缩和检索。
[0007]—种基于模型的扫描线编码的方法包括限定用于描述扫描的扫描线的几何模型，所述扫描线包括多个扫描点。该方法还包括计算轨迹模型，所述轨迹模型表示多个扫描点相对于几何模型的偏差的近似图案。所述方法还包括计算多个残差，所述残差中的每一个与扫描点的偏差和轨迹模型之间的差相关。所述方法还可以包括压缩残差。
[0008]该
【发明内容】
以简化形式介绍了在以下【具体实施方式】中进一步描述的构思的选择。该
【发明内容】
并不旨在确定所要求保护的主题的关键特征或必要特性，其也不旨在被用作对确定所要求保护的主题的范围的辅助。
[0009]将在随后的描述中陈述另外的特征和优势，且根据该描述部分地将是显而易见的，或者可以通过实践这些实施方式来学习。将通过在权利要求中具体指出的手段和组合来实现和获得这些实施方式的特征和优势。从以下描述和权利要求中，这些和其它特征将变得更加全面地显而易见，或者可以通过实践如下文中所述的实施方式来学习。
【附图说明】
[0010]为进一步澄清本发明的上述和其它优势和特征，将参照在附图中示出的其【具体实施方式】来呈现本发明的更具体的描述。要理解的是，这些附图仅绘出了本发明的典型实施方式，且因此并不被认为限制了其范围。本发明将通过使用附图采用另外的特定性和细节来描述和说明，在附图中:
[0011]图1是包括扫描仪的运动行为的示意图的示例地面激光扫描仪的立体图；
[0012]图2是图1的扫描仪的示例运动的抽象图；
[0013]图3是可以由图1的扫描仪产生的示例扫描伪像(artifact)的示意图；
[0014]图4是可以由图1的扫描仪执行的基于模型的扫描线编码的示例方法的流程图；
[0015]图5是可以被图1的扫描仪和/或被图4的方法采用的示例几何模型的示意图；
[0016]图6是可以被图1的扫描仪和/或被图4的方法采用的另一示例几何模型的示意图；
[0017]图7是示例可移动激光扫描仪的立体图；
[0018]图8是可以被图7的可移动扫描仪和/或被图4的方法采用的示例内插几何模型的不意图；
[0019]图9例示了由行索引布置的样本点偏离重叠轨迹模型的曲线图；
[0020]图10是可以由图1的扫描仪执行的示例的基于模型的压缩处理的流程图；
[0021]图11是可以由图1的扫描仪执行的另一示例压缩处理的流程图；
[0022]图12是示例空运激光扫描仪的立体图；
[0023]图13是可以与数据的扫描线相关的示例时间变化量的曲线图，所述数据可以由图12的空运激光扫描仪收集；以及
[0024]图14是沿空运激光扫描仪数据的单条扫描线的高度(扫掠)和方位角编码的示例性建模的扫描数据的曲线图。
【具体实施方式】
[0025]本文公开的实施方式涉及三维(3-D)激光扫描数据的压缩和检索。在典型的扫描激光成像、探测和测距(LIDAR)装置中，LIDAR的动作可以比机械定位快许多倍，因为测距和辅助测量数据源本质上是电子的和光学的。扫描线的位置和方向分量可以缓慢改变且可以紧密地遵循低维度模型。可以事先知道扫描线所依据的模型的类型。
[0026]公开了一种基于模型的扫描线编码器。该扫描线编码器可以将扫描线的机械驱动的分量(component)和光电驱动的分量分开。该扫描线编码器可以进一步限定几何模型以相对于机械驱动的分量描述扫描线。可以将扫描线的扫描点与几何模型进行比较，并且可以确定扫描点与几何模型之间的偏差。轨迹模型可以被计算为表示扫描点相对于几何模型的偏差的近似图案。残差可以被计算为表示在偏差与轨迹模型之间的差值。残差可以被压缩。压缩的残差可以与几何模型和轨迹模型一起被存储。使用该模型转换数据可以实现有效的无损压缩和有损压缩技术。另外，可以将数据损失与扫描装置的本机误差源相匹配。在一些实施方式中，索引可以允许快速地定位特定的扫描数据而不需要将整个数据集解压缩。
[0027]现在参照附图，在附图中相同的结构标有相同的附图标记。附图是示例性实施方式的图示和图解表示，且因此，不限制要求保护的主题的范围，并且附图也不是必须按比例绘制。
[0028]图1是包括扫描仪100的运动行为的示意图的示例地面激光扫描仪100的立体图。扫描仪100可以被配置为通过围绕基本水平的轴线101快速旋转激光束以及相对于激光束绕基本水平的轴线101的旋转逐步地和/或缓慢地将扫描仪100和/或激光器绕基本垂直的轴线103旋转，在3-D现实上机械地扫掠激光束。该激光束围绕基本水平的轴线101的角度位置通常可以与激光束的高度102相关。该激光束围绕基本垂直的轴线103的角度位置通常可以与激光束的方位角104相关。
[0029]图2是图1的扫描仪100的示例运动200的抽象图。激光束201可以围绕快速旋转轴线204快速地旋转。快速旋转轴线204通常可以对应于图1的基本水平的轴线101。随着激光束201旋转，可以按照固定的时间间隔获取本文描述的数据样本以作为扫描点207。与快速旋转轴线204的完整旋转或部分旋转相关的扫描点207在本文中被描述为扫描线202。虽然在共同的曲线上被示出，但该扫描点207也可以与和离激光束201的原点的采样距离相关的各种