一種三維激光掃描空間分辨率增強(qiáng)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及三維測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三維激光掃描空間分辨率增強(qiáng)的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 三維激光掃描系統(tǒng)，是利用激光測距技術(shù)獲取測量距離值，并在兩級驅(qū)動裝置的 帶動下，完成三維空間掃描過程。三維激光掃描技術(shù)，是一種非接觸式測量技術(shù)，在建筑物 三維建模、地下空間探測等方面，都有著重要的應(yīng)用價(jià)值。
[0003] 在三維激光掃描方法中，最常用的是等角度掃描，兩軸驅(qū)動裝置按照預(yù)設(shè)的運(yùn)動 方式完成整個(gè)掃描過程，掃描軌跡的空間角度是相等的，但是由于被測物體與測量模塊的 距離不同、被測空間表面輪廓各異，最終導(dǎo)致掃描軌跡的空間距離差異很大，空間分辨率較 低。
[0004] 還有的三維激光掃描方法，簡單的計(jì)算了驅(qū)動裝置的角度增量，根據(jù)測距值做出 了一定的調(diào)整，但是缺乏完整的掃描軌跡規(guī)劃方案和運(yùn)動控制模型，效果有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種三維激光掃描空間分辨率增強(qiáng)的方法，可以大幅度增強(qiáng) 三維激光掃描的空間分辨率以及掃描效率。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種三維激光掃描空間分辨率增強(qiáng)的方法，該方法包括：
[0008] 利用空間形態(tài)互相垂直的一級驅(qū)動裝置和二級驅(qū)動裝置根據(jù)初始的設(shè)定帶動激 光測距模塊對被測空間進(jìn)行掃描測量，將每一周掃描軌跡分成N等分，每一等分的分割點(diǎn) 則為關(guān)鍵點(diǎn)；
[0009] 根據(jù)前m-1周關(guān)鍵點(diǎn)的測量距離值、預(yù)設(shè)的每一圈掃描軌跡之間的理想間距以及 預(yù)設(shè)的測量點(diǎn)之間的理想間距，估算第m周的掃描中關(guān)鍵點(diǎn)的位置及相鄰關(guān)鍵點(diǎn)之間的掃 描時(shí)間；
[0010] 根據(jù)上述估算結(jié)果進(jìn)行第m周的掃描，并估算第m+1周的掃描中關(guān)鍵點(diǎn)的位置以 及相鄰關(guān)鍵點(diǎn)之間的掃描時(shí)間，直至完成被測空間的掃描測量。
[0011] 進(jìn)一步的，所述一級驅(qū)動裝置沿一個(gè)方向一圈一圈地連續(xù)轉(zhuǎn)動，二級驅(qū)動裝置配 合一級驅(qū)動裝置轉(zhuǎn)動，形成螺旋線形式的掃描軌跡。
[0012] 進(jìn)一步的，根據(jù)前m-ι周關(guān)鍵點(diǎn)的測量距離值以及預(yù)設(shè)的每一周掃描軌跡之間的 理想間距，估算第m周的掃描中關(guān)鍵點(diǎn)的位置，所述關(guān)鍵點(diǎn)的位置對應(yīng)于二級驅(qū)動裝置的 角度位直；
[0013] 根據(jù)第m-ι周掃描軌跡上第η個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的測量距離值Cln0rf，以及第m-2周掃描軌 跡上第η個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的測量距離值d n(m_2)，來估算第m周掃描軌跡上第η個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)對應(yīng)的二級 驅(qū)動裝置角度增量：
[0014]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種三維激光掃描空間分辨率增強(qiáng)的方法，其特征在于，該方法包括： 利用空間形態(tài)互相垂直的一級驅(qū)動裝置和二級驅(qū)動裝置根據(jù)初始的設(shè)定帶動激光測 距模塊對被測空間進(jìn)行掃描測量，將每一周掃描軌跡分成N等分，每一等分的分割點(diǎn)則為 關(guān)鍵點(diǎn)； 根據(jù)前m-1周關(guān)鍵點(diǎn)的測量距離值、預(yù)設(shè)的每一圈掃描軌跡之間的理想間距以及預(yù)設(shè) 的測量點(diǎn)之間的理想間距，估算第m周的掃描中關(guān)鍵點(diǎn)的位置及相鄰關(guān)鍵點(diǎn)之間的掃描時(shí) 間； 根據(jù)上述估算結(jié)果進(jìn)行第m周的掃描，并估算第m+1周的掃描中關(guān)鍵點(diǎn)的位置以及相 鄰關(guān)鍵點(diǎn)之間的掃描時(shí)間，直至完成被測空間的掃描測量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 所述一級驅(qū)動裝置沿一個(gè)方向一圈一圈地連續(xù)轉(zhuǎn)動，二級驅(qū)動裝置配合一級驅(qū)動裝置 轉(zhuǎn)動，形成螺旋線形式的掃描軌跡。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 根據(jù)前m-1周關(guān)鍵點(diǎn)的測量距離值以及預(yù)設(shè)的每一周掃描軌跡之間的理想間距，估算 第m周的掃描中關(guān)鍵點(diǎn)的位置，所述關(guān)鍵點(diǎn)的位置對應(yīng)于二級驅(qū)動裝置的角度位置； 根據(jù)第m-1周掃描軌跡上第n個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的測量距離值，以及第m-2周掃描軌跡上 第n個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的測量距離值dn0n_2)，來估算第m周掃描軌跡上第n個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)對應(yīng)的二級驅(qū)動 裝置角度增量：
其中，1〇為預(yù)設(shè)的每一周掃描軌跡之間的理想間距；0 _為二級微分增量因子，其表示 為：
若第m-1周掃描軌跡上第n個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)對應(yīng)的二級驅(qū)動裝置角度位置為，則第m周 掃描軌跡上第n個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)對應(yīng)的二級驅(qū)動裝置角度位置為： p = p + A P snm丄sn(m-l) 丄snm0
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 根據(jù)預(yù)設(shè)的測量點(diǎn)之間的理想間距來估算第m周的相鄰關(guān)鍵點(diǎn)之間的掃描時(shí)間； 所述預(yù)設(shè)的測量點(diǎn)之間的理想間距與預(yù)設(shè)的相鄰關(guān)鍵點(diǎn)之間的掃描時(shí)間I；以及對應(yīng) 的測量距離值屯相關(guān)，估算第m周掃描軌跡上第n-1個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)與第n個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)之間的掃描 時(shí)間的公式表示為：
其中，a_為同步影響因子，在第m周掃描軌跡上第n-l個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)與第n個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)之 間，一級驅(qū)動裝置角位移表示為Sdnm，二級驅(qū)動裝置角位移表示為Ssnm，則同步影響因子表示 為：
為二級驅(qū)動裝置角度影響因子，表示為：Y_=sin(PsJ;其中，P_表示第m周掃 描軌跡上第n個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)對應(yīng)的二級驅(qū)動裝置角度位置； e_為一級微分增量因子，在第m周掃描軌跡上第n-1個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)與第n個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)之間， 一級驅(qū)動裝置與二級驅(qū)動裝置合成角位移表示為SM，則一級微分增量因子表示為：
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)上述估算結(jié)果進(jìn)行第m 周的掃描，并估算第m+1周的掃描中關(guān)鍵點(diǎn)的位置以及相鄰關(guān)鍵點(diǎn)之間的掃描時(shí)間包括： 根據(jù)上述估算結(jié)果，調(diào)整一級驅(qū)動裝置和二級驅(qū)動裝置來帶動激光測距模塊進(jìn)行第m周的掃描；并根據(jù)第m周掃描軌跡中關(guān)鍵點(diǎn)處的測量距離值、預(yù)設(shè)的每一圈掃描軌跡之間 的理想間距以及預(yù)設(shè)的測量點(diǎn)之間的理想間距，估算第m+1周的掃描中關(guān)鍵點(diǎn)的位置以及 相鄰關(guān)鍵點(diǎn)之間的掃描時(shí)間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 將掃描過程中每一周掃描軌跡作為緯線，將每一周掃描軌跡中的關(guān)鍵點(diǎn)按照1?N進(jìn) 行編號，并將所有掃描軌跡中的關(guān)鍵點(diǎn)按照編號連接，連接線作為經(jīng)線，構(gòu)成經(jīng)緯線網(wǎng)格； 若當(dāng)前被測空間為標(biāo)準(zhǔn)球體，則當(dāng)二級驅(qū)動裝置旋轉(zhuǎn)180°時(shí)，判定完成整個(gè)空間三維 激光掃描測量；若被測空間為非標(biāo)準(zhǔn)球體，則當(dāng)二級驅(qū)動裝置使得N條經(jīng)線的位置均達(dá)到 180°時(shí)，判定完成整個(gè)空間三維激光掃描測量。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三維激光掃描空間分辨率增強(qiáng)的方法，該方法采用兩級驅(qū)動裝置同步運(yùn)行，可以有效提高掃描效率；將掃描空間劃分成經(jīng)緯線網(wǎng)格，并設(shè)置關(guān)鍵點(diǎn)，有效的簡化了計(jì)算和控制過程；對于任意被測空間環(huán)境，三維激光掃描儀能夠根據(jù)實(shí)時(shí)環(huán)境做出調(diào)整，通過調(diào)節(jié)掃描軌跡的間距和相鄰關(guān)鍵點(diǎn)的掃描時(shí)間，大幅度增強(qiáng)了三維激光掃描空間分辨率。
【IPC分類】G01B11-24
【公開號】CN104613896
【申請?zhí)枴緾N201510069984
【發(fā)明人】張達(dá), 馬志, 陳凱, 楊小聰, 崔昊
【申請人】北京礦冶研究總院
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年2月10日