用于扫描对象以及对象的图像获取的测绘仪制造技术

用于扫描对象以及对象的图像获取的测绘仪。测绘装置(1)包括：底座(2)，其限定底座轴线(A)；支撑结构(3)，其可绕底座轴线(A)旋转并且限定旋转轴线(B)；发光单元；及光接收单元。旋转单元(10)安装在支撑结构(3)上，包括旋转体(11)，旋转体(11)包括扫描镜(12)和至少一个反射偏折面(13)。提供成像单元及控制和处理单元。成像单元包括至少一个摄像头(15)。至少一个摄像头(15)被分配至少一个偏折面(13)且仅在旋转体(11)的预定取向范围内：至少一个摄像头(15)的光轴由其所分配的偏折面(13)偏折并且其视场由相应所分配的偏折面(13)偏折并使得视场包括旋转轴线(B)周围的视场角。

A mapping instrument for scanning objects and objects.

A plotting instrument for scanning images of objects and objects. The surveying and mapping device (1) includes a base (2), which defines the axis of the base (A); a support structure (3), which can rotate around the axis of the base (A) and defines the axis of rotation (B); a luminous unit; and a light receiving unit. A rotating unit (10) is mounted on a support structure (3) including a rotating body (11), which comprises a scanning mirror (12) and at least one reflecting deflection surface (13). An imaging unit and a control and processing unit are provided. The imaging unit includes at least one camera (15). At least one camera (15) is assigned at least one deflection surface (13) and only within a predetermined orientation of the rotating body (11): the optical axis of at least one camera (15) is deflected by the deflection surface (13) assigned thereto and its field of view is deflected by the corresponding deflection surface (13) so that the field of view includes the field of view around the rotating axis (B).

【技术实现步骤摘要】
用于扫描对象以及对象的图像获取的测绘仪
本专利技术涉及测绘装置和用于激光扫描器的旋转单元。
技术介绍
激光扫描用于多种不同场景的测绘，诸如建筑工地、建筑立面、工业设施、房屋内部或任意其他适用场景。据此实现的激光扫描可以用于获得场景的准确三维(3D)模型，其中，模型由点云构成。这种云的点按照坐标系中的坐标来存储，该坐标系可以由记录了该点云的激光扫描装置来限定。通常，激光扫描器由发出扫描束的单元(具体为由扫描器的节点)构成坐标系的原点。通过使用扫描束(例如，用飞行时间方法)测量的距离与测量该距离的取向关联来对点进行测绘。通常，坐标系是球坐标系，使得点可以以关于坐标系的原点的距离值、仰角以及方位角来表征。常用的激光扫描器包括用于发出扫描束并接收所反射束以测量到该束所指向的点的距离的单元。通常，这些扫描器还包括可旋转地改变束的方向的装置，通常为为垂直旋转轴线(扫描轴线)和水平旋转轴线(底座轴线)，在该两个轴线中，一个可以为慢轴线，并且另一个可以为快轴线，其中，两个轴线可以用角度传感器来感测。垂直轴线的旋转与方位角关联，并且水平轴线的旋转与仰角关联。可以通过观察发出与接收信号之间的时间用行进时间测量(飞行时间)法来计算距离。其他可能的方法可以是测量发送信号与接收信号之间的相位延迟。可以用设置在垂直轴线和水平轴线处的所述角度传感器来实现取向角度。其他可能的方法可以是根据轴线的已知恒定转速、基准点以及距离测量的采样速率来得到角度。记录环境的另一手段是获取场景的全景或全穹顶图像。这种图像可以提供比点云直观的可视化或当图像传感器捕捉与可见光谱不同的光谱时(例如利用热传感器)提供环境的不同可视化。通常，这种全景或全穹顶图像用于对点云数字地彩色化，以较符合人体工程学可视化。因此，在各种应用中，由摄像头的成像数据支持地面激光扫描，该摄像头通过连同激光扫描器包括在激光扫描仪中或将它们安装在与激光扫描器相同的平台上来与激光扫描器组合。现有技术中已知这一点，并且例如在US20140063489A1、US2016061954A1以及US20120070077A1中描述了这一点。然而，现有技术通常提供较复杂的解决方案来解决由于摄像头和扫描器的不同视角而导致的视差误差。例如，根据US20140063489A1，摄像头被并入在扫描器内，并且部件被排布为使得摄像头和扫描器具有同一光轴。然而，摄像头的入射光瞳位置不处于与节点相同的位置处。因此，仅摄像头的中心点具有与扫描器相同的视角。摄像头的视场中的其他点将具有视差误差。该构造需要高技术工作。根据US20120070077A1，摄像头被后验地大致引到与扫描器扫描该环境的位置靠近的位置处。该处理需要高处理工作而成功有限。由于摄像头的入射光瞳与扫描器的节点之间的较大的视差，将仍存在伪影。如果激光扫描器上的摄像头不与扫描器单元共享单个投影中心，则视差被引入。因此，图像数据对扫描数据的错误参照会发生。在摄像头在与扫描器显著不同的角度下“看向”特定对象点并因此在扫描器“看到”该点的不同3D位置处“看到”该点的区域处发生视差效应。另外，存在可以由扫描器“看到”而不由摄像头看到的点，其导致没有颜色数据的3D点。为了避免由于摄像头的视差而导致的彩色化的这种错误参照或颜色数据的丢失，可以实施用于识别这些特定区域并用于修正彩色化的算法，其包括使用3D数据。然而，这种算法方案较耗时且耗资源(能量)，并且仍然无法完全修正彩色化，特别是在近场中。因此，伪影将出现在经彩色化的3D点云数据中。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供改进的激光扫描器，该改进的激光扫描器允许高精度地提供图像获取、对所收集的扫描数据的确切参照，并且具体地在不丢失颜色数据的情况下。本专利技术基于以下构思：提供利用激光扫描器进行的基本上无视差的图像获取的较不复杂且较低成本解决方案。这种解决方案的一个主要要素是激光扫描器的旋转件的具体设计。这种旋转单元及其旋转体装配有一个或多个偏折面(除也被设置有旋转体的扫描镜外)。被分配给偏折面的摄像头装置被设置在扫描器的支撑结构处，由此相对于旋转体固定。这两个部件即旋转体和摄像头被设置并设计成使得摄像头的视轴且因此视场以已限定方式由偏折面(反射成像面)偏折并限定，来提供图像获取，就好像摄像头的入射光瞳与激光扫描器的节点相同。这种偏折可以在旋转体的围绕扫描轴线的一个特定取向(方位)中来提供。这意味着旋转体被控制以被定向成这种已限定的取向，并且可以通过在保持旋转体的旋转角恒定的同时，使支撑结构绕底座轴线旋转或转动来执行图像获取。由此，可以获取全景图或依赖于所产生的视场的仰视场角，可以获取全穹顶图像。换言之且更一般地，本专利技术涉及一种测绘装置，具体该测绘装置被实现为大地测绘装置，具体为激光扫描器。该测绘装置包括：底座，该底座限定底座轴线；和支撑结构，该支撑结构被设置成可绕底座轴线旋转，并且限定扫描轴线，该扫描轴线被定向成相对于底座轴线基本正交。此外，提供用于发射测量光的发光单元，具体为激光二极管；和包括用于检测经反射的测量光的(光敏)检测器在内的光接收单元。该测绘装置还包括：旋转单元，该旋转单元安装在支撑结构上，用于提供测量光在已限定且可变(由于旋转)方向上的发射和接收，其中，旋转单元包括旋转体，该旋转体被安装成可绕扫描轴线旋转，并且旋转体包括至少一个斜扫描面，该至少一个斜扫描面包括扫描镜，该扫描镜被设置成相对于扫描轴线倾斜，并且提供测量光的已限定偏折。还设置有用于捕捉扫描区域的图像的成像单元，以及控制和处理单元。根据本专利技术，成像单元包括至少一个摄像头，该至少一个摄像头固定设置在支撑结构上，其中，摄像头限定特定光轴，并且旋转体包括与扫描面不同的至少一个偏折面(反射面)。至少一个摄像头被分配给至少一个偏折面，使得提供摄像头和偏折面的至少一个对。成像单元和旋转体被设计成且相对于彼此设置成使得仅在旋转体的围绕旋转轴线的预定取向(alignment)范围内：-至少一个摄像头的光轴被其所分配的偏折面偏折，并且-至少一个摄像头的视场由相应所分配的偏折面(即，由其偏折)来偏折并限定，使得视场包括在相对于旋转体的旋转轴线至少基本正交或以已限定方式偏斜(例如，15°、30°或45°)的平面中的已限定视场角(例如，较大视场角)。在与旋转体的旋转轴线至少基本上正交的平面中的较大视场角将具体与在与测绘仪的旋转轴线平行的平面中的显著较小的视场角有关。因此，可以提供具有较大的仰视场角和较小的方位视场角的视场。因此，根据本专利技术的测绘仪使得能够使旋转体引到且保持于良好限定且已知的方位，例如使得旋转体提供围绕旋转(扫描)轴线的已限定旋转角，并且由此，使得摄像头能够看到借助于用测量光进行的扫描可以测量的扫描区域的至少一部分(具体参照方位角扫描方向)。摄像头和偏折面的特定排布和旋转体的特定设计还可以提供在似乎摄像头的入射光瞳位于测绘装置的节点中或附近的情况下捕捉相应图像，由此得到无视差或准无视差的图像捕捉(参见下文)。根据本专利技术的实施方式，成像单元包括至少两个摄像头，所述至少两个摄像头固定设置在扫描器框架上，各摄像头限定特定光轴，并且旋转体包括至少两个相邻的偏折面。至少两个偏折面被设置成相对于彼此倾斜，具体地使得偏折面中的每个偏折面位于由偏折面的方位限定的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测绘装置(1、20)，该测绘装置具体地为大地测绘装置，具体地为激光扫描器，该测绘装置包括：●底座(2、22)，该底座限定底座轴线(A)；●支撑结构(3、23)，该支撑结构被设置成能够绕所述底座轴线(A)旋转，并且限定旋转轴线(B)，该旋转轴线被定向为相对于所述底座轴线(A)基本正交；●发光单元，该发光单元具体地为激光二极管，该发光单元用于发射测量光(5、25)；●光接收单元，该光接收单元包括用于检测经反射的测量光(5、25)的检测器；●旋转单元(10、30)，该旋转单元安装在所述支撑结构(3、23)上，用于提供测量光(5、25)在已限定方向上的发射和接收，其中，□所述旋转单元(10、30)包括旋转体(11、31、41、51)，该旋转体被安装成能够绕所述旋转轴线(B)旋转，并且□所述旋转体(11、31、41)包括至少一个斜扫描面，该至少一个斜扫描面包括扫描镜(12、32)，该扫描镜被设置成相对于所述旋转轴线(B)倾斜并且提供所述测量光(5、25)的已限定偏折；●成像单元，该成像单元用于捕捉扫描区域的图像；以及●控制和处理单元，该测绘装置的特征在于：●所述成像单元包括至少一个摄像头(15、35)，该至少一个摄像头利用所述支撑结构(3、23)固定设置，所述摄像头(15、35)限定特定光轴，●所述旋转体(11、31、41、51)包括与所述扫描面不同的至少一个偏折面(13、33、43a‑43c)，●所述至少一个摄像头(15、35)被分配给所述至少一个偏折面(13、33、43a‑43c)，使得提供摄像头和偏折面的至少一个对，●所述成像单元和所述旋转体(11、31、41、51)被设计成且相对于彼此设置成使得仅在所述旋转体(11、31、41、51)的围绕所述旋转轴线(B)的预定取向范围内：□所述至少一个摄像头(15、35)的所述光轴由其所分配的偏折面(13、33、43a‑43c)偏折，以及□所述至少一个摄像头(15、35)的视场通过所述光轴的所述偏折来偏折并限定，使得所述视场包括围绕所述旋转轴线(B)的已限定视场角，具体地在与所述旋转轴线(B)至少基本正交或相对于所述旋转轴线(B)以已限定方式偏斜的平面中的视场角。...

【技术特征摘要】
2017.02.23 EP EP17157648.11.一种测绘装置(1、20)，该测绘装置具体地为大地测绘装置，具体地为激光扫描器，该测绘装置包括：●底座(2、22)，该底座限定底座轴线(A)；●支撑结构(3、23)，该支撑结构被设置成能够绕所述底座轴线(A)旋转，并且限定旋转轴线(B)，该旋转轴线被定向为相对于所述底座轴线(A)基本正交；●发光单元，该发光单元具体地为激光二极管，该发光单元用于发射测量光(5、25)；●光接收单元，该光接收单元包括用于检测经反射的测量光(5、25)的检测器；●旋转单元(10、30)，该旋转单元安装在所述支撑结构(3、23)上，用于提供测量光(5、25)在已限定方向上的发射和接收，其中，□所述旋转单元(10、30)包括旋转体(11、31、41、51)，该旋转体被安装成能够绕所述旋转轴线(B)旋转，并且□所述旋转体(11、31、41)包括至少一个斜扫描面，该至少一个斜扫描面包括扫描镜(12、32)，该扫描镜被设置成相对于所述旋转轴线(B)倾斜并且提供所述测量光(5、25)的已限定偏折；●成像单元，该成像单元用于捕捉扫描区域的图像；以及●控制和处理单元，该测绘装置的特征在于：●所述成像单元包括至少一个摄像头(15、35)，该至少一个摄像头利用所述支撑结构(3、23)固定设置，所述摄像头(15、35)限定特定光轴，●所述旋转体(11、31、41、51)包括与所述扫描面不同的至少一个偏折面(13、33、43a-43c)，●所述至少一个摄像头(15、35)被分配给所述至少一个偏折面(13、33、43a-43c)，使得提供摄像头和偏折面的至少一个对，●所述成像单元和所述旋转体(11、31、41、51)被设计成且相对于彼此设置成使得仅在所述旋转体(11、31、41、51)的围绕所述旋转轴线(B)的预定取向范围内：□所述至少一个摄像头(15、35)的所述光轴由其所分配的偏折面(13、33、43a-43c)偏折，以及□所述至少一个摄像头(15、35)的视场通过所述光轴的所述偏折来偏折并限定，使得所述视场包括围绕所述旋转轴线(B)的已限定视场角，具体地在与所述旋转轴线(B)至少基本正交或相对于所述旋转轴线(B)以已限定方式偏斜的平面中的视场角。2.根据权利要求1所述的测绘装置(1、20)，该测绘装置的特征在于：●所述成像单元包括至少两个摄像头(15、35)，所述至少两个摄像头固定设置在所述支撑结构(3、23)上，各摄像头(15、35)限定特定光轴，●所述旋转体(11、31、41、51)包括至少两个相邻的偏折面(13、33、43a-43c)，●所述至少两个偏折面(13、33、43a-43c)被设置成相对于彼此倾斜，具体地使得所述偏折面(13、33、43a-43c)中的每个偏折面位于由此限定的虚拟角锥体的不同侧面上，●所述至少两个摄像头(15、35)中的每个摄像头被分配给所述至少两个偏折面(13、33、43a-43c)中具体的一个偏折面，使得提供所述摄像头(15、35)中的一个摄像头和所述偏折面(13、33、43a-43c)中的一个偏折面的至少两个对，以及●所述成像单元和所述旋转体(11、31、41、51)被设计成并相对于彼此设置成使得在所述旋转体(11、31、41、51)的围绕所述旋转轴线(B)的所述预定取向范围内，提供围绕所述旋转轴线(B)的组合且连续的广角视场，具体地关于所述旋转体(11、31、41、51)的所述旋转角，具体地关于仰角。3.根据权利要求1或2所述的测绘装置(1、20)，其特征在于：所述成像单元包括三个或更多个摄像头(15、35)，并且所述旋转体(11、31、41、51)包括三个或更多个偏折面(13、33、43a-43c)，其中，各摄像头(15、35)被分配给所述偏折面(13、33、43a-43c)中的一个偏折面，使得提供相应的三个或更多个对，各对包括所述摄像头(15、35)中的一个摄像头和所述偏折面(13、33、43a-43c)中的一个偏折面，具体地在所述预定取向范围内，并且由所述三个或更多个对提供关于所述旋转轴线(B)的组合且连续广角视场，具体地在与所述旋转轴线(B)至少基本正交的所述平面中的组合且连续广角视场。4.根据权利要求2或3所述的测绘装置(1、20)，其特征在于：所述至少两个偏折面(13、33、43a-43c)设置成在两个连续设置的相邻偏折面(13、33、43a-43c)之间设置有已限定距离，具体地为间隙。5.根据权利要求2至4中任一项所述的测绘装置(1、20)，其特征在于：所述连续广角视场覆盖围绕所述旋转轴线(B)至少100°的角，具体地为120°或150°的角。6.根据权利要求2至5中任一项所述的测绘装置(1、20)，其特征在于：通过所分配的偏折面(13、33、43a-43c)在所述预定取向范围内的偏折限定的所述视场中的每个视场部分地覆盖所述广角视场，其中，提供相邻视场的交叠，具体地其中，相邻视场的交叠区域由所述相邻视场的所述视场角来限定。7.根据权利要求1至6中任一项所述的测绘装置(1、20)，其特征在于：●所述成像单元包括至少两组摄像头(15、35)，其中，各组包括一定量的至少一个摄像头，●所述旋转体(11、31、41、51)包括与所述摄像头的量对应的已限定的量的偏折面，以及●所述旋转体(11、31、41、51)的围绕所述旋转轴线(B)的所述预定取向范围包括一定数量的至少两个已限定成像取向，所述数量与所述摄像头的组的数量对应，其中，●各偏折面(13、33、43a-43c)被分配给各组摄像头中的一个摄像头(15、35)，●所述成像单元和所述旋转体(11、31、41、51)被设计成且相对于彼此设置成使得在所述至少两个已限定成像取向中的第一个已限定成像取向中：□第一组摄像头的所述一个摄像头(15、35)的所述光轴由所分配的偏折面(13、33、43a-43c)偏折，并且□所述第一组摄像头的所述一个摄像头(15、3...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·M·B·加切特·托亚，托马斯·延森，A·施文德纳，T·迈尔，
申请(专利权)人：赫克斯冈技术中心，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH