本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的用于具有掃描功能的測量系統(tǒng)導出與物體表面有關(guān)的信息的掃描方法，并且涉及根據(jù)權(quán)利要求15的前序部分的具有掃描功能的測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

3D掃描是一種用于在幾分鐘或幾秒鐘內(nèi)生成物體的數(shù)百萬空間測量點的非常有效的技術(shù)。典型測量任務(wù)是記錄諸如工業(yè)廠房，房屋外觀或歷史建筑的物體或其表面，但也記錄事故現(xiàn)場和犯罪現(xiàn)場。具有掃描功能的測量裝置例如是諸如Leica P20或Leica Multi Station 50的全站儀和激光掃描儀，被用于測量或創(chuàng)建表面的3D坐標。為此，它們必須能夠在表面上引導測距裝置的測量射束，并且同時在該過程中必須能夠檢測關(guān)于測量點的方向和距離。根據(jù)與每個點相關(guān)的距離和方向信息，借助于數(shù)據(jù)處理來生成所謂的3D點云。

就功能性結(jié)構(gòu)而言，這種地面掃描儀因而被設(shè)計成利用通常是基于光電和激光的測距裝置來檢測至作為測量點的物點的距離。在這種情況下，同樣存在的方向偏轉(zhuǎn)單元按這樣的方式來設(shè)計，即，測距裝置的測量射束按至少兩個獨立空間方向偏轉(zhuǎn)，作為結(jié)果，可以記錄空間測量區(qū)域。該偏轉(zhuǎn)單元可以采用移動鏡子的形式來實現(xiàn)，或者另選地還通過適于光學輻射的受控角偏轉(zhuǎn)的其它部件(舉例來說，如可旋轉(zhuǎn)棱鏡、可移動光波導、可變形光學組件等)來實現(xiàn)。該測量通常利用距離和角的確定(就是說，按球面坐標)來實現(xiàn)，還可以變換成笛卡爾坐標以供顯示和進一步處理。該測距裝置例如可以根據(jù)飛行時間(TOF)、相位、波形數(shù)字化儀(WFD)或干涉測量的原理來具體實施。對于快速且準確的掃描儀來說，特別需要短測量時間與高測量精度相結(jié)合，例如，毫米(mm)或小于毫米范圍并且單個點的測量時間在亞微秒到微秒的范圍內(nèi)的距離精度。在這種情況下，測量區(qū)域范圍從幾厘米直至幾千米變動。

在這種情況下，空間測量分辨率具有特殊的重要性?？臻g測量分辨率不僅確定什么細節(jié)仍可被識別，而且還確定掃描處理的持續(xù)時間和在該處理中獲取的數(shù)據(jù)的量。利用現(xiàn)代高速掃描儀的測量項目生成具有例如數(shù)億或數(shù)十億和更多物點的基數(shù)的3D點云。與此相關(guān)聯(lián)的海量數(shù)據(jù)的存儲、傳送和處理向硬件和軟件提出了極大挑戰(zhàn)。例如，用于評估3D數(shù)據(jù)的程序的執(zhí)行速度在很大程度上取決于掃描點的數(shù)量。因此，如果僅記錄與相應(yīng)測量任務(wù)實際相關(guān)的那些點或數(shù)據(jù)，將是有利的。

然而，與此相反，在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的掃描處理的情況下，所獲取的數(shù)據(jù)量不必要地膨脹。在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的掃描儀的情況下，嘗試借助于具有相等步長的角偏轉(zhuǎn)來實現(xiàn)由用戶針對預(yù)定距離預(yù)定的點距離，即，預(yù)定啟動，就是說，在所有情況下，按相同的角距離啟動距離測量。然而，只有當掃描儀位于球面的中點，才能在要測量的所有表面上實現(xiàn)期望的點距離。事實上，實際根據(jù)物體表面的距離和對準，出現(xiàn)發(fā)散點距離，包括極其小的點距離，并由此包括測量裝置的附近區(qū)域中的極端點密度，特別是在頂點處和安裝位置周圍。尤其是，這些附近區(qū)域測量點通常根本不是關(guān)注點，例如，因為測量環(huán)境的地面和天花板不構(gòu)成要測量的物體。

額外的數(shù)據(jù)負擔(data ballast)由這樣的事實產(chǎn)生，即，在非常小的測量距離的情況下，由于所限定的角距離，附近區(qū)域中的點距離可能比測量射束的直徑小，因而這種點距離導致多余測量，并因此即使在固有希望測量物體的情況下，也不帶來空間分辨率方面的任何增益。而且，在掃描期間，在某種程度上，生成點，盡管這些點固有地在空間分辨率方面是有利因素，但仍然通常構(gòu)成不必要的數(shù)據(jù)，因為它們未產(chǎn)生信息方面的真實增益。這例如涉及(未彎曲)平面上的點，因為三個點就足以理想地限定平面(不依賴于直線)，為此，相對較小的點密度在這種區(qū)域中就足夠了。

因此，關(guān)于數(shù)據(jù)量以及掃描持續(xù)時間，以最高可能分辨率來檢測掃描區(qū)域通常是不必要且低效的，并因此是不期望的。另一方面，結(jié)果，在某些情況下，根據(jù)至掃描儀的距離和所選的設(shè)定點分辨率，以這種低空間分辨率(存在信息不足)來掃描高度相關(guān)的區(qū)域。特別高度相關(guān)的這種區(qū)域例如是邊緣、彎曲面或其它形狀變化。令人期望的是，按照與3D點云的其它區(qū)域相比具有3D點之間的增加的點密度或減小的距離的有針對性的方式來掃描這種高度相關(guān)物體位置減距離來掃描，以便使這些以盡可能多的細節(jié)來成像。

現(xiàn)有技術(shù)公開了大量方法，根據(jù)這些方法，在后期處理中，在測量結(jié)束并利用外部強力計算機之后，例如可以通過過濾、平滑或插值來處理3D點云的數(shù)據(jù)。然而，例如，在3D點的準確度方面的計算增加僅在有限程度上可能或有幫助，例如，因為諸如物體邊緣的不連續(xù)位置的輪廓仍保持推測的。而且，不利的是，過多的數(shù)據(jù)還必須加以存儲直到那時并處理，使得在后期處理終止之前例如由測量裝置的數(shù)據(jù)處理能力或用于數(shù)據(jù)傳遞和處理的時間花費所構(gòu)成的要求仍然保持非常迫切。

相比之下，WO 2013/12826公開了一種供固定式激光掃描儀進行實時(即，實際上在掃描過程中的數(shù)據(jù)記錄期間)數(shù)據(jù)處理的方法。這涉及在掃描過程中執(zhí)行將3D原始數(shù)據(jù)按區(qū)域分段成個別層，其中點陣結(jié)構(gòu)穿過這些層以相應(yīng)地單獨編碼至表面點的測量組件距離、測量射束的對準角和所接收的測量輻射的強度二者。用于數(shù)據(jù)變換和壓縮的編解碼器優(yōu)選為用于距離和對準的ZIP壓縮算法和用于強度的JPEG壓縮算法。對于強度來說，WO 2013/12826的公開考慮了數(shù)據(jù)壓縮，其與信息或精度的部分損失相關(guān)聯(lián)，如同在利用JPEG壓縮算法時的情況一樣。相比之下，WO 2013/12826的公開明確教導，在不損失信息或精度的情況下，實現(xiàn)另一分量(距離、角)的壓縮，舉例來說，如在基于ZIP算法的壓縮的情況下。換句話說，所執(zhí)行的是數(shù)據(jù)(除涉及強度的數(shù)據(jù)以外)的無損存儲，并因此不縮減實際意義上的數(shù)據(jù)。就是說，不利的是，不必要或不希望的數(shù)據(jù)不被整理，相反，僅通過對數(shù)據(jù)的熟練組織和壓縮來縮減要存儲或傳遞的數(shù)據(jù)的量。WO 2013/12826僅針對掃描速度未最佳地與數(shù)據(jù)的分段相協(xié)調(diào)的情況而公開了整理掃描點，使得在不進行整理的情況下，例如，如果一行結(jié)構(gòu)點陣因過低的掃描速度而另外被雙重填充，那么將會干擾數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)。該掃描數(shù)據(jù)由此適于用于數(shù)據(jù)分段的點陣結(jié)構(gòu)，而該點陣結(jié)構(gòu)仍保持嚴格固定。除了這種例外以外，即，對于最佳或無錯掃描的情況來說，存儲在只讀存儲器中的3D點的最終數(shù)據(jù)就內(nèi)容而言對應(yīng)于直接記錄的點數(shù)據(jù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于具有掃描功能的測量系統(tǒng)的改進掃描方法。

本發(fā)明的另一目的是精確地提供這樣一種掃描方法，即，在該方法中，可以實時且有針對性的方式影響掃描的信息內(nèi)容。

本發(fā)明的另一目的是精確地提供這樣一種掃描方法，即，通過該方法，可以按有針對性的方式來影響掃描數(shù)據(jù)的量。

本發(fā)明的另一目的是精確地提供這樣一種掃描方法，即，通過該方法，可以在現(xiàn)場查明并改進的缺乏的掃描區(qū)域或關(guān)注區(qū)域。

本發(fā)明的另一目的是精確地提供這樣一種掃描方法，即，在該方法中，可以在掃描區(qū)域上協(xié)調(diào)掃描的分辨率。

另一目的是提供一種具有用于執(zhí)行這種方法的掃描功能的測量系統(tǒng)。

該目的通過實現(xiàn)獨立權(quán)利要求書的表征特征來實現(xiàn)。按另選或有利方式發(fā)展本發(fā)明的特征可以根據(jù)相關(guān)專利權(quán)利要求書并且還根據(jù)包括對附圖的描述的說明書來收集。除非另外加以明確規(guī)定，本文檔中例示或者按某一其它方式公開的本發(fā)明的所有實施方式都可以彼此組合。

本發(fā)明涉及一種用于具有掃描功能的測量系統(tǒng)導出與物體的表面有關(guān)的信息的掃描方法，該測量系統(tǒng)包括控制與評估單元。這種測量系統(tǒng)的優(yōu)選示例是激光掃描儀或全站儀。由借助于測量射束(例如，激光束)檢測到的被檢測物點所組成的點集的第一記錄借助于掃描處理來實現(xiàn)。在這種情況下，通過根據(jù)已知的第一掃描模式和掃描區(qū)域連續(xù)改變所述測量射束的對準來掃描一個或多個物體，其中，確定至所述物點的相應(yīng)距離和為了距離測量而發(fā)射的所述測量射束的相應(yīng)對準。根據(jù)本發(fā)明，被檢測物點的所記錄的點集(就是說，掃描區(qū)域中的物體的所有掃描點的總數(shù))在所述控制與評估單元的易失性存儲器中保持可用。在借助于控制與評估單元存儲在永久性存儲器中之前，作為所述掃描處理的一部分，實現(xiàn)所記錄的點集的調(diào)節(jié)，作為調(diào)節(jié)(具體為縮減)的結(jié)果，生成經(jīng)調(diào)節(jié)的點集。在這種情況下，根據(jù)所記錄的點集的至少一個點密度來實現(xiàn)所述調(diào)節(jié)。僅將所述經(jīng)調(diào)節(jié)的點集連同所記錄的點集的最終損失一起存儲在所述永久性存儲器中。

因此，根據(jù)所述方法，所記錄的點集在被實際永久性存儲其之前調(diào)節(jié)，因而，本發(fā)明是一種實時方法。換句話說，根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)直接生成的點集來生成經(jīng)調(diào)節(jié)的點集，其中，僅永久性存儲經(jīng)調(diào)節(jié)的點集。作為執(zhí)行調(diào)節(jié)所基于的標準，這里使用所記錄的點集的點密度，即，整個掃描區(qū)域或其部分(就是說，單個子區(qū)域)的被掃描物點的密度。

所述調(diào)節(jié)包括根據(jù)點密度對所記錄的點集的任何改變。優(yōu)選地涉及縮減，使得與所記錄的點集相比，縮減了所述經(jīng)調(diào)節(jié)的點集，作為結(jié)果，所述經(jīng)調(diào)節(jié)的點集具有比所記錄的點集少的數(shù)據(jù)，并且必須存儲在只讀存儲器中的數(shù)據(jù)的量由此比沒有應(yīng)用調(diào)節(jié)的情況小。所述調(diào)節(jié)優(yōu)選地在測量數(shù)據(jù)獲取期間已經(jīng)實現(xiàn)。

所述調(diào)節(jié)例如通過根據(jù)預(yù)定選擇標準，在所述掃描區(qū)域的至少一個預(yù)定局部區(qū)域內(nèi)，調(diào)節(jié)所述點密度本身來實現(xiàn)，例如通過稀疏化和/或平均化來縮減。這種子區(qū)域例如是激光掃描儀的天底(nadir)中或周圍的區(qū)域，例如，在+30°至-30°角內(nèi)。在非?？拷す鈷呙鑳x的該區(qū)域中，點密度通常特別高，其中，這種區(qū)域同時通常很少受測量任務(wù)所關(guān)注，因為掃描儀所位于的地面在正常情況下實際上不需要掃描。因此，在該局部區(qū)域內(nèi)，例如基于物點的次序來實現(xiàn)簡單稀疏化，例如，通過根據(jù)選定分辨率和由此的角步長大小，僅保持掃描線的每第五或第十物點，而放棄其余部分。因此，例如，僅將每第五或第十掃描點包括在所述經(jīng)調(diào)節(jié)的點集中，并且最終擦除該區(qū)域的剩余物點。另選的是，舉例來說，查明該局部區(qū)域的全部或一部分物點的平均值，并且將平均值代替所記錄的點地記錄在所述經(jīng)調(diào)節(jié)的點集中。隨著從開始就應(yīng)用這種“不關(guān)心地”限定的調(diào)節(jié)標準，因此不必明確地確定子區(qū)域的所記錄的點集的點密度。這是可能的，而不存在極大的不確定性，因為至圍繞天底的這種子區(qū)域中的物體(就是說，主要指地面)的距離僅改變很少，并因此，點密度實際上相對于預(yù)定的設(shè)定點分辨率僅呈現(xiàn)很少波動或者實質(zhì)上可以認為是先前獲知的。

另外或另選地，所述調(diào)節(jié)根據(jù)所記錄的點集的至少一個點密度指示符(indicator)來實現(xiàn)，作為所述掃描處理的一部分，所述至少一個點密度指示符基于所確定的距離和對準來查明。所述點密度指示符可選地被盡快查明，即，已經(jīng)在所述掃描處理期間與所述掃描區(qū)域的已檢測物點或掃描的局部區(qū)域有關(guān)地實時查明。作為另一選項，所述點密度指示符基于所檢測的物點之間的估計的空間距離，其中，所述點距離例如基于至物點的距離和所述測量射束相對于所述物點和鄰近物點的兩個對準之間的角來查明。所述點密度指示符例如被用于逐個點或逐個區(qū)域地檢查是否超出先前針對所述點密度限定的最大值，就是說，在所述掃描區(qū)域的位置處存在被視為不必要地高的分辨率。舉例來說，用戶在10m處希望20mm的分辨率，但基于所述對點密度指示符，在一個或多個區(qū)域中確立了超出該分辨率的10m處的5mm分辨率。在這種情況下，就是說，當超出該最大或限制值時，例如通過平均化或稀疏化(就是說，省略物點) 來實現(xiàn)與對應(yīng)點或區(qū)域有關(guān)的、采用縮減點集形式進行的所記錄的點集的調(diào)節(jié)。在這種情況下，針對整個掃描區(qū)域?qū)崿F(xiàn)所述調(diào)節(jié)，或者所述掃描區(qū)域被分解成多個單獨區(qū)域，或者整個記錄的點集被分解成多個單獨點集，并且在所有情況下針對單獨區(qū)域分開執(zhí)行所述調(diào)節(jié)。這種情況下，要被放棄或擦除的點的數(shù)量可選地與相應(yīng)局部區(qū)域的大小成比例地限定。作為另一選項，在所述調(diào)節(jié)中，考慮另外的標準或參數(shù)，舉例來說，諸如相應(yīng)物點的測量值的質(zhì)量，例如，其信噪比。在這種情況下，不將具有差信噪比的物點包括在所述經(jīng)調(diào)節(jié)的點集中，或者優(yōu)選地保持具有特別好的信號的點。

作為另一選項，實現(xiàn)確定表示彼此鄰近的物點的鄰域集。在所有情況下，鄰近物點例如是彼此之間具有最小距離的兩個物點，或者相對于一物點具有低于某一限值的距離的所有物點，或者相對于選定的物點具有最小距離的特定數(shù)量的物點，就是說，例如，具有三個最小距離的三個物點。

作為另一選項，基于所述鄰域集，估計物體表面及其關(guān)聯(lián)表面法向(surface normal)，即，執(zhí)行一種實時幾何識別，例如，通過穿過鄰域集的所有點放置的數(shù)學平面，或者根據(jù)其它近似方法。所述表面法向可選地在查明所述點密度指示符時使用，例如，通過隨其計算相應(yīng)估計的表面相對于所述測量射束的對準。利用該查明的對準，與所述測量射束的距離和方向一起，根據(jù)與僅使用距離和所述測量射束相對于兩個鄰近物點的兩個對準之間的角相比顯著更準確的該表面的相對位置，相當精確地確定表面上的分布、點之間的距離以及表面的點密度。舉例來說，接著使用所估計的每表面的點密度或者多個表面的平均點密度作為所述點密度指示符。

在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個展開例中，確定用于被掃描的物點的信息增益指示符，該指示符指示在借助于所述相應(yīng)物點獲取的、有關(guān)相應(yīng)物體的表面的信息方面的增益。換句話說，這種信息增益指示符是每一個物點或者例如物點的鄰域集有關(guān)其攜帶(貢獻)什么信息內(nèi)容的測量或估計。在這點上，(不彎曲)平面的物點的信息值相對較低，因為平面通過少量的點(理想上僅三個點)足夠準確地獲知。相比之下，在貫穿大部分或全部被檢測點的彎曲表面的情況下，信息方面的增益相對較高，因為完全更準確地知道任意彎曲表面，就有更多的點就被其所覆蓋。同樣地，物體的間斷或角部或邊緣處的點對于導出有關(guān)物體的信息來說具有極大的重要性，并由此具有高信息增益指示符。該信息增益指示符可選地在掃描期間實時針對已掃描物點查明，并且可選地基于如上所述的估計的物體表面來查明，具體根據(jù)鄰域集的物點與針對其估 計的物體表面相對的法向距離(normal distance)的方差。該法向距離的高方差是對高信息增益指示符的指示，因為其表示根據(jù)鄰域集估計的表面表示該鄰域的點的高度平均化，并且這些點由此例如位于間斷區(qū)域或彎曲/邊緣中。

作為選項，所記錄的點集的調(diào)節(jié)根據(jù)信息增益指示符來實現(xiàn)，例如，通過將信息增益指示符超出預(yù)定域值的這種點被作為所述經(jīng)調(diào)節(jié)的點集的一部分傳遞到所述永久性存儲器中。相比之下，對于具有低信息增益指示符或者信息增益指示符等于零的物點來說，至少將這些物點中的一些抹去，作為結(jié)果，縮減了所述經(jīng)調(diào)節(jié)的點集的點密度，而未損失有關(guān)物體表面的(顯著)信息。另選或者另外地，如上所述，基于點密度指示符來實現(xiàn)調(diào)節(jié)，其中，另外，通過擦除固定數(shù)量的點來縮減具有非期望地高的點密度的區(qū)域中的點密度，并且在這種情況下按有針對性的方式來保持具有高信息值的點。因此，在根據(jù)本發(fā)明的信息增益指示符的輔助下，可以在所述掃描區(qū)域的信息豐富的部分中，按有針對性的方式將點密度保持得高，同時可以在具有較少信息或相關(guān)區(qū)域中極大地縮減，作為結(jié)果，必須將較少的數(shù)據(jù)傳遞到永久性存儲器中。一般來說，平均化或插值在廢棄點之前可選地實現(xiàn)，作為結(jié)果，這些點的信息未完全丟失，而是按縮減的形式保持。

在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個展開例中，實現(xiàn)從所述掃描區(qū)域中選擇至少一個關(guān)注區(qū)域。所述選擇根據(jù)所述點密度指示符和/或信息增益指示符來實現(xiàn)。在這種情況下，基于所述點密度指示符和/或信息增益指示符，可選地逐個區(qū)域地進行檢查，以確認針對相應(yīng)區(qū)域，是否實現(xiàn)預(yù)定最小點密度，和/或是否超出所述信息增益指示符的預(yù)定閾值。由此，舉例來說，具有特別高或低的點密度和/或信息內(nèi)容的區(qū)域可以被識別，并且例如在所述測量系統(tǒng)的顯示器上向現(xiàn)場用戶顯示。這例如使能指示錯誤掃描或不完整掃描，或者將所記錄點集調(diào)節(jié)成這樣的效果，即該關(guān)注區(qū)內(nèi)的點密度按有針對性的方式調(diào)節(jié)，具體來說，點密度在具有顯著低的點密度的區(qū)域的情況下增加。舉例來說，其由此還可以通過在某些位置增加并且對應(yīng)地在其它位置降低的點密度，以所爭取的特定波動范圍，匹配或協(xié)調(diào)整個掃描區(qū)域或局部區(qū)域上的點密度。

而且，根據(jù)本發(fā)明的實際上在現(xiàn)場選擇關(guān)注區(qū)域使得可以利用比所述第一記錄中高的分辨率或小的角步長，通過物點的有針對性的第二記錄來增加點密度或者分辨率或者表面信息的詳細程度。因此，在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個展開例中，根據(jù)第二掃描模式和第二掃描區(qū)域來實現(xiàn)第二記錄，其中，所述第二掃描區(qū)域根據(jù)特別是與其相 對應(yīng)的關(guān)注區(qū)域(ROI)來限定，并且所述第二掃描模式是比所述第一掃描模式更密集的網(wǎng)狀(closer-meshed)。在這種情況下，所述第二記錄可選地自動實現(xiàn)。在這種情況下記錄的所述物點在調(diào)節(jié)所述(原始)記錄的點集方面被加以考慮，例如，除了相關(guān)區(qū)域的初始檢測到的物點以外或作為相關(guān)區(qū)域的初始檢測到的物點的另選，將它們插入到所述經(jīng)調(diào)節(jié)的點集中。

因此，根據(jù)本發(fā)明的方法提供了使得實際上可以現(xiàn)場對掃描結(jié)果進行有針對性的改進的優(yōu)點。結(jié)果，可以避免在掃描結(jié)果中出現(xiàn)非常重要但點密度或分辨率低于用戶希望的分辨率的區(qū)域的情況。依靠根據(jù)本發(fā)明的方法，特別相關(guān)的區(qū)域(例如，具有極不規(guī)則表面或許多轉(zhuǎn)變的那些區(qū)域)可以以高分辨率或者以最高可能分辨率，按有針對性的方式來掃描。這是特別有利的，因為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的在整個掃描區(qū)域上的高分辨率掃描(就是說，沒有具體選擇關(guān)注區(qū))非常耗時并且生成不必要的大量數(shù)據(jù)。而且，有利的是，借助于根據(jù)本發(fā)明確定關(guān)注區(qū)域，因此，即使經(jīng)驗較少的用戶也可以按有針對性的方式來獲知測量實施方式的特別相關(guān)的區(qū)域，或者在掃描任務(wù)中被引導，或者在所述點集的完全自動的調(diào)節(jié)的情況下，自動消除所述點集中的、值得改進的較弱的點或區(qū)域，并由此自動最優(yōu)化掃描結(jié)果。

一般來說，根據(jù)本發(fā)明的方法提供了這樣的優(yōu)點，即，使能最優(yōu)化實際上要現(xiàn)場存儲的點集，可以說是“立即(on the fly)”進行。具體來說，依靠這樣的事實立即消除不必要的數(shù)據(jù)負擔，即，僅永久性地記錄實際上與用戶相關(guān)的那些點或數(shù)據(jù)，或者與已知方法相比，至少嚴格限制了不相關(guān)或不是非常相關(guān)的點或數(shù)據(jù)的程度。舉例來說，通過擦除許多地面點而極大地稀疏化點密度，可以避免激光掃描儀的地面區(qū)域中的過度增加的點密度。因此，針對只讀存儲器的需求或者由硬件和傳送容量或傳送時間所導致的要求從開始就被縮減，而利用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法，僅可以借助于后期處理(即，之后)來縮減數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的方法使能更劃算且更有效地完成掃描任務(wù)或者進一步處理在該處理中獲取的數(shù)據(jù)。

而且，本發(fā)明包括計算機程序產(chǎn)品或通過電磁波具體實施的計算機數(shù)據(jù)信號，其包括用于控制或執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的程序代碼。

本發(fā)明另外涉及一種具有掃描功能的測量系統(tǒng)，特別是激光掃描儀或全站儀。所述測量系統(tǒng)包括控制與評估單元。在這種情況下，根據(jù)本發(fā)明，所述控制與評估單元被設(shè)計用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的掃描方法。

附圖說明

下面，基于在附圖中示意性地例示的實施方式和應(yīng)用處理，對根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)本發(fā)明的裝置進行更詳細描述。

具體在圖中：

圖1示出了測量系統(tǒng)與掃描物體的側(cè)視圖；

圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的掃描方法的第一示例；

圖3a和圖3b示意性地示出了查明點密度指示符的示例；

圖4a、圖4b和圖4c示意性地示出了查明物體表面法向的示例；

圖5a和圖5b示意性地示出了查明信息增益指示符的示例；

圖6示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的掃描方法的第二示例；并且

圖7示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的掃描方法的一個展開的示例。

具體實施方式

圖1按側(cè)視圖示出了測量系統(tǒng)52，例如，被設(shè)計為包括控制與評估單元的自動全站儀或者激光掃描儀。測量系統(tǒng)52借助于測量射束51(例如，激光束)，掃描限定的掃描區(qū)域7內(nèi)的、其測量環(huán)境的物體3a、3b，測量射束51的對準或瞄準方向根據(jù)第一已知掃描模式而連續(xù)改變。由此，檢測到單個物點2，其中，確定了至物點的相應(yīng)距離D以及測量射束51關(guān)于兩個測量軸或兩個角的相應(yīng)對準。由此，掃描處理生成包含與被掃描的物體3a、3b的表面有關(guān)的三維信息的點集。然而，為簡化起見，圖1中的例示僅是二維的，因此描繪了被掃描的物點2的線性布局來代替實際的區(qū)域分布，并且僅描繪了仰角α作為兩個對準角之一。

在現(xiàn)有技術(shù)的測量系統(tǒng)52的情況下，測量射束51的對準的連續(xù)變化以相等步長來實現(xiàn)，其中，步長例如可通過用戶預(yù)定(在某些限值內(nèi))，例如，通過所述用戶限定期望的點密度ρ，例如，旨在實現(xiàn)在30m距離處的1cm的空間分辨率，即，掃描點2之間的距離a。控制與評估單元根據(jù)這些規(guī)定導出所需的角步長。

由于真實的測量條件，因而該情況使得在均勻改變例如仰角α的情況下，物點之間的距離a取決于測量裝置52與物體3a、3b之間的距離D并且取決于物體3a、3b相對于測量裝置52或測量射束51的對準。在這點上，在圖1所示配置中，物點之間的距離a 隨著距離D而增加至漸增的程度。實際上這樣實現(xiàn)的點密度ρ1、ρ2隨著距離D以及物體表面的相應(yīng)表面法向N、N'相對于測量射束51的對準而改變。在這點上，在掃描區(qū)域7的兩個示例性局部區(qū)域中，(相對)高(平均化)的點密度ρ2呈現(xiàn)在測量系統(tǒng)52的天底處的附近區(qū)域中，而(相對)低(平均化)的點密度ρ1呈現(xiàn)在較遠區(qū)域中。

針對物體3a實現(xiàn)相對高的點密度ρ2和由此相對高的分辨率，物體3a是測量系統(tǒng)52所位于的地面。然而，精確地講，掃描區(qū)域7的這種地面區(qū)域通常與測量任務(wù)最不相關(guān)，使得由此獲取的數(shù)據(jù)或所記錄的點集的部分至少部分構(gòu)成不必要的數(shù)據(jù)負擔。相比之下，對于較遠但相關(guān)的物體(例如，位于更后方的物體3b的部分)來說，所設(shè)置的期望分辨率可能太低，使得未以足夠程度的細節(jié)來掃描這些物體。這僅可以通過從開始就設(shè)置高的或較高的分辨率來避免，但如之前所解釋的那樣，這使得附近區(qū)域中的數(shù)據(jù)負擔進一步膨脹。在這種情況下，根據(jù)預(yù)定測量設(shè)置，甚至可能發(fā)生激光掃描儀的位置處的絕對附近區(qū)域10中的點距離a小于測量射束51的直徑這樣的情況，結(jié)果，由此生成的數(shù)據(jù)或點由于冗余而額外地過剩。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的掃描方法的不利之處在于不允許直接“拋棄”這種數(shù)據(jù)負擔，而是相反將不希望的點或數(shù)據(jù)像所有其它點或數(shù)據(jù)一樣永久性地存儲在永久性存儲器中，并且可能僅在后期處理中在掃描處理終止的之后刪除。換句話說，在現(xiàn)有技術(shù)中，所記錄的點集被完整傳遞至只讀存儲器。

圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的掃描方法。通過上述借助于測量射束掃描物體而獲取的記錄的點集4a從測量裝置的掃描模塊50傳遞到測量系統(tǒng)的控制與評估單元5的易失性存儲器6中。在該示例中，記錄的點集4a包含具有相對較低的點密度ρ1的第一區(qū)域8和具有相對較高的點密度ρ2的第二區(qū)域9。與該示例中的低點密度ρ1形成對比，高點密度ρ2被視為過高(例如，因為其屬于圍繞激光掃描儀的地面的區(qū)域)，或者大于先前限定的設(shè)定點點密度或者大于先前針對該點密度限定的最大值。

因此，由于第二區(qū)域9的點密度ρ2被縮減至低點密度ρ2'，記錄的點集根據(jù)點密度調(diào)節(jié)。在該示例中，通過省略每個第二物體或掃描點2，將第二區(qū)域9中的點集稀疏化來實現(xiàn)縮減。另選地，點密度的縮減可以通過平均化或者根據(jù)所查明的物點2彼此的距離來實現(xiàn)。經(jīng)調(diào)節(jié)的點集4r通過調(diào)節(jié)生成。在該示例中，與記錄的點集4a相比，經(jīng)調(diào)節(jié)的點集4r具有總體較低的點密度，其中，調(diào)節(jié)還按這樣的方式來實現(xiàn)，即，所有區(qū)域8、9具有相同的點密度：p2’＝ρ1。

經(jīng)調(diào)節(jié)的點集4r被存儲在永久性存儲器7中，在該示例中，永久性存儲器7同樣作為控制與評估單元5的部分。相比之下，記錄的點集4a未發(fā)現(xiàn)進入永久性存儲器7的入口，結(jié)果，因為記錄的點集4a被僅存儲在預(yù)備緩沖存儲器6中并由此是臨時性的，記錄的點集4a最終在調(diào)節(jié)或掃描處理終止之后丟失。該示例中例示的調(diào)節(jié)構(gòu)成對記錄的點集的縮減，結(jié)果，與記錄的點集4a所需要的存儲空間相比，經(jīng)調(diào)節(jié)的點集有利地需要只讀存儲器7中的較少存儲空間。

作為選項，取決于點密度的調(diào)節(jié)根據(jù)點密度指示符來實現(xiàn)。該點密度指示符表示對記錄點集的某個位置或區(qū)域的點密度的測量。

圖3a和圖3b示出了根據(jù)本發(fā)明的點密度指示符的示例及其查明。在圖3a中，針對物體3b的每一個單獨的物點2，至物點2的最近鄰居的距離a1-a4通過形成發(fā)射測量射束51時的仰角α的角差或角步長Δα與相應(yīng)距離D1-D4的比來估計。接著，估計的距離a1-a4被用作點密度指示符。代替僅利用至物點2的最近鄰居的距離a1-a4，另選地使用至限定數(shù)量的最近鄰居和/或一物點在限定圓圈內(nèi)的最近鄰居的距離。作為另一另選例，代替針對單獨的物點2來查明，還可以針對掃描區(qū)域7的限定的單個區(qū)域或限定數(shù)量的物點2逐個區(qū)域地查明點密度指示符。

圖3b示出了根據(jù)本發(fā)明的查明點密度指示符的改進變型例。與根據(jù)圖3a的過程相比，還按如下參照圖4a、圖4b和圖4c描述的方式確定與測量射束51的對準相對地對準物體3b的表面或其表面法向N，并且所述對準被用于查明點密度指示符。通過考慮表面或表面法向N相對于測量射束方向的相對對準，比根據(jù)圖3a的方法更準確地確定相應(yīng)的點距離a1-a4。結(jié)果，呈現(xiàn)具有較高質(zhì)量的點密度指示符，基于該點密度指示符，可以更精確地或者以更準確的擬合來執(zhí)行調(diào)節(jié)。

圖4a、圖4b和圖4c示出了基于鄰域集在被檢測到的物點的輔助下查明表面法向N的示例。如在先前示例中那樣，該例示是簡化的二維側(cè)視圖。針對相應(yīng)物點2a，確定鄰域集11，鄰域集11表示與物點2a相鄰的多個物點(圖4a)。在該示例中，相對于物點2a的距離a小于預(yù)定的最大距離a'的那些物點2b被視為與鄰域集11相關(guān)聯(lián)。對應(yīng)地，在該示例中，物點2c不屬于鄰域集11，因為它們相對于物點2a的距離大于最大距離a'。另選地，基于其它標準來限定鄰域集11，舉例來說，如相對于物點2a具有最小歐幾里德距離的點的一組限定基數(shù)。

隨后，基于鄰近物點2a和2b的鄰域集11來估計表面或平面12(圖4b)。該表面查明例如通過根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的數(shù)學方法，基于物點2a和2b來擬合平面12來實現(xiàn)。最后，計算平面12的表面法向N(圖4c)。如果對表面的估計不是借助于確定數(shù)學上精確的平面來實現(xiàn)的，相反是借助于某個其它建模來實現(xiàn)的，則表面法向N例如是多個單個表面法向的平均值。

圖5a和圖5b示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的一個展開例。單個掃描物點與所需求的與物體表面有關(guān)的信息的相關(guān)性不同。因為不位于直線上的三個點例如足夠用于明確限定平面，所以掃描點2a-2c中的兩個(關(guān)于圖4a中例示的二維)在根據(jù)圖4a的示例中就足夠用了。物點2a-2c中的其余點并未帶來與表面12有關(guān)的信息的任何增益(參見圖4b)。因此，可選地確定信息增益指示符，其表達單個物點或者物點集或組的相關(guān)性。

圖5a例示了五個物點2a-2e，其中，與圖4a-4c形成對比，所述物點并不全部沿直線定位，而相反是分開的。因此，在參照圖4a、圖4b和圖4c描述的過程之后獲得三個估計的表面12a-12c。此后，確定了相應(yīng)點2a-2e相對于與其相關(guān)聯(lián)的平面12a-12c的(法向)距離。因為物點2c位于邊緣處，所以物點2c以及鄰近的點2b與2d具有相對較大的法向距離13。相比之下，物點2a-2c相對于表面12a具有較小的法向距離或理想地沒有距離(后者因此未加以描繪)，這是因為物點2b位于表面12a的“中間”。這相應(yīng)地應(yīng)用于平面12c和彼此鄰近的關(guān)聯(lián)的物點2c-2e。

圖5b示意性地示出了相應(yīng)的信息增益指示符G。相對于圖5a的平面12b，點2b-2d具有較高的信息增益指示符G。相比之下，點2a-2c相對于平面12a的和點2c-2e相對于平面12c的相應(yīng)信息增益指示符G相對較小，或者與例如根據(jù)信噪比導出的最小值或域值14有關(guān)地，可忽略。在這種情況下，相應(yīng)的信息增益指示符G或者例如直接從相應(yīng)的法向距離導出，或者考慮與相應(yīng)表面相關(guān)聯(lián)的物點的法向距離的方差而導出。

圖6示出了在記錄的點集4a的調(diào)節(jié)中考慮根據(jù)圖5a和圖5b查明的信息增益指示符G的示例。圖6類似于圖2。在這種情況下，第二區(qū)域9中的物點被指配給根據(jù)圖5a的物點2a-2e，其中，該區(qū)域中的每一行都對應(yīng)于進入到圖5a的繪制平面中的相應(yīng)物點(例如，2a)的重復(fù)。換句話說，物點2c-2e的行與來自圖5a的表面12c相關(guān)聯(lián)，具有物點2a-2c的線與表面12a相關(guān)聯(lián)，而點2c的行對應(yīng)于這兩個表面之間的邊緣。在該示例中，第一區(qū)域8中的掃描點2同樣被視為與表面12a相關(guān)聯(lián)。

在根據(jù)圖2的記錄的點集4a的調(diào)節(jié)的變型例中，現(xiàn)在還根據(jù)信息增益指示符來實現(xiàn)。因為如參照圖5a和圖5b所述，點2a和2e的信息增益指示符到處都很小或者等于零，與根據(jù)圖2的方法形成對比，所有這些點都不被接受到經(jīng)調(diào)節(jié)的點集4r中。掃描點2b-2d具有(至少與至少一個表面有關(guān))高信息增益指示符，為此，這些點被包括在經(jīng)調(diào)節(jié)的點集4r中。作為選項，在這種情況下，如圖6所示，通過擦除每個第二列，還在具有高信息增益指示符的點內(nèi)附加地實現(xiàn)稀疏化，這是因為每行中的相應(yīng)點2b-2d之間的距離或者沿記錄的點集的相應(yīng)行的點密度超出限定最大值。在這種情況下，可選地，例如，通過在較大波動情況下保持所有這些鄰近點，可以考慮一行的鄰近點之間的信息增益指示符的波動。另選地，具有高信息增益指示符的所有掃描點2b-2d在任何情況下并且獨立于其它選擇標準而被包括在經(jīng)調(diào)節(jié)的點集中，以便無論如何都獲取沒有損失的相關(guān)物點。

在該示例中，因為假定第一局部區(qū)域8中的所有點2都與來自圖5a的平面12a相關(guān)聯(lián)，所以在另選例(未例示)中，第一局部區(qū)域8中的點2也被挑選出，因為它們通常具有小的信息增益指示符，或者第一區(qū)域總體具有小(平均)的信息增益指示符。舉例來說，接著實現(xiàn)嚴格的逐列和/逐行擦除物點2，或者僅具有極好的信噪比的點2(就是說，“最高質(zhì)量”點)被保持并包括在經(jīng)調(diào)節(jié)的點集4r中。而且，可以與相應(yīng)的局部區(qū)域8、9的尺寸成比例地保持要放棄的點的數(shù)量，或者與每個估計的物體表面的固定數(shù)量點成比例地保持要放棄的點的數(shù)量。

如上所述點密度ρ2的縮減由此按這樣的方式來實現(xiàn)，即，按有針對性的方式挑選出不太相關(guān)的物點，或者按有針對性的方式選擇具有高信息內(nèi)容的點并且使所選擇的點變?yōu)榻?jīng)調(diào)節(jié)的點集的部分。

參照圖7描述了根據(jù)本發(fā)明的方法的一個展開例，在該展開例中，根據(jù)點密度指示符和/或信息增益指示符選擇關(guān)注區(qū)域7'、7"。該選擇例如被實現(xiàn)成在掃描區(qū)域中的位置或局部區(qū)域處是否存在特定的最小點密度的效果，或者位置的或局部區(qū)域的信息增益指示符是否超出預(yù)定閾值的效果。換句話說，所尋找的是具有未達到限定的設(shè)定點點密度的點密度的位置或區(qū)域，和/或具有特別高的信息增益指示符和由此高相關(guān)性的位置或區(qū)域(舉例來說，如邊緣或彎曲表面)。該選擇被實現(xiàn)為根據(jù)本發(fā)明的掃描方法的部分，使得按這種方式找到的關(guān)注區(qū)域7'、7"接著可以在測量系統(tǒng)的顯示器上向用戶顯示，例如，當仍在現(xiàn)場時，或者實際上在針對已檢測到的局部區(qū)域或物體 的掃描期間，結(jié)果，在該用戶仍在現(xiàn)場時，可以識別特別相關(guān)的區(qū)域或具有不適當?shù)膾呙璺直媛实牡貐^(qū)。

針對這種區(qū)域，作為另一展開例，通過增加點集來使記錄的點集調(diào)節(jié)。這例如通過由用戶或者自動地實現(xiàn)對相應(yīng)關(guān)注區(qū)域7'、7"內(nèi)的額外或另一些物點2的第二記錄來實現(xiàn)。舉例來說，如圖7所示，圍繞兩個物體3a、3b的邊界的區(qū)域7'被再次掃描，因為這種邊界區(qū)域?qū)τ趻呙枞蝿?wù)來說特別重要。記錄了物體3b上的較遠區(qū)域作為另一區(qū)域7"，因為該區(qū)域在所述第一記錄期間因物體3b的相對較大距離和傾斜而僅以相對較低的分辨率被檢測。以第二掃描模式記錄相應(yīng)的區(qū)域7'、7"，與所述第一記錄的第一掃描模式相比，第二掃描模式是更密集的網(wǎng)狀。換句話說，與在第一次期間相比，該第二記錄以較小的角步長執(zhí)行。因此，對于這些局部區(qū)域7'、7”來說，與在第一次期間在所述區(qū)域7'、7"中記錄的點集的點密度相比，得到增加的點密度(參照圖1；由此，例如，ρ1’>ρ1)。對于這些關(guān)注區(qū)域7'、7"來說，(原始)記錄的點集的調(diào)節(jié)因而通過將在將第二記錄期間獲取的點插入到記錄的點集中來實現(xiàn)。另選地，實現(xiàn)對已經(jīng)通過第一調(diào)節(jié)而調(diào)節(jié)的點集的進一步調(diào)節(jié)。在這種情況下，除了原始點以外或者作為另選，使用新的點。作為第二記錄的另選，針對區(qū)域7"，可設(shè)想通過對應(yīng)算法來人工地增加分辨率。然而，該過程不太適于具有間斷的區(qū)域7'。另選地或附加地，在選擇關(guān)注區(qū)域時，還可以考慮另一標準，舉例來說，如被記錄的物點的信噪比或者被掃描物體3a、3b的類型。

因此，在根據(jù)本發(fā)明的展開中，經(jīng)調(diào)節(jié)的點集的生成(除了上述調(diào)節(jié)方法以外或者作為另選)是通過按有針對性的方式改進點密度和由此的特別相關(guān)或未恰當?shù)貦z測到的區(qū)域的分辨率來實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)是掃描處理的一部分并且如同實時實現(xiàn)的事實使得能夠在仍在現(xiàn)場時就消除掃描中的較弱的點和/或在細節(jié)程度上獲得顯著且有目的的增加，而不會接受不必要的數(shù)據(jù)負擔。