限定扫描区域的基于图像的方法技术

限定扫描区域的基于图像的方法。提供了一种基于图像的方法，该方法利用诸如激光扫描器的基于测量辐射的测量装置(10)来限定扫描区域的，该方法包括以下步骤：将所述测量装置(10)的瞄准轴线(2)朝向待扫描的关注区域(1)粗略地对准，所述关注区域(1)具有相干视觉属性；利用与瞄准轴线(2)的已知取向来捕获覆盖关注区域(1)的图像(3)；向用户显示图像(3)；由用户手动选择图像(3)中的表示关注区域(1)的像素组(7、7s)中的至少一个像素(p)；使用机器学习算法，基于与所述至少一个所选像素(p)的相似性，来自动地分割该像素组(7s)；以及基于第一像素组(7s)中的边界像素(9i)来自动地限定扫描区域。定扫描区域。定扫描区域。

【技术实现步骤摘要】
限定扫描区域的基于图像的方法


[0001]本专利技术涉及根据权利要求1所述的利用光电测量装置来限定用于扫描的扫描区域(scanning area)的方法。

技术介绍

[0002]已知多种形式的具有扫描功能的光电测量装置，利用所述光电测量装置基于诸如激光的光学辐射来确定位置。示例是大地测量装置，诸如被用于测量和/或生成表面的3D坐标的全站仪或大地测量或计量激光扫描器(诸如Leica P20或Leica Multistation 50、激光跟踪仪、或轮廓仪)、或者用于大地测量或工业测量目的的激光扫描器。3D扫描是在几分钟或几秒钟内生成对象的数百万空间测量点的非常有效的技术。典型的计量测量任务是记录诸如船舶、汽车或飞机的对象或其特定关注区域(比如齿轮、机翼或翼片)、或者诸如工业厂房、房屋外立面、或历史建筑物的对象或其细节，但也记录事故地点和犯罪现场。为此目的，它们必须能够在表面上引导测距装置的测量射束，并且同时获取与测量点有关的方向和距离。借助于数据处理，针对各个点，从距离和与其相关的方向信息生成所谓的3D点云。
[0003]为此目的，这种测量装置具有生成光学测量辐射(通常是激光辐射(由此，这种测量通常被概括为激光扫描))的至少一个辐射源和光学装置(诸如透镜、棱镜、反射镜、导光纤维、或准直器)，借助于此，所生成的测量辐射可以在自由空间中被发射到待测量目标上，因此，这些装置也被称为所谓的自由射束传感器。在这种情况下，光学测量辐射被理解为电磁辐射，不仅指可见光谱范围内的辐射，而且还指紫外、红外以及太赫兹范围内的辐射。已知光电测量装置使用具有405nm、532nm、635nm、650nm
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690nm、780nm或785nm、795nm、808nm
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850nm、905nm、980nm、1064nm，或者1500nm与1570nm之间的波长的测量辐射。
[0004]而且，这种装置具有射束偏转单元，借助于该射束偏转单元，测量辐射可以围绕至少一个轴线(通常为彼此垂直对准的两个轴线，例如，竖直轴线和水平轴线)枢转。射束偏转器可以采用移动反射镜的形式来实现，或者另选地还通过适于控制光学辐射的角度偏转的其它部件(例如，可旋转棱镜、可移动光导管、可变形光学组件、可移动照准仪以及望远镜等)来实现。
[0005]待测量目标例如是对象的表面的多个点。被照射目标以漫射或定向方式反射测量辐射，使得所述测量辐射的至少一部分被反射回测量装置。该测量装置具有光电传感器(其被设计为至少时间分辨检测测量辐射)，例如，APD二极管、SPAD阵列、或SPAD阵列的阵列。所希望测量的变量是基于所检测到的测量辐射来确定的。各种测量原理可用于该目的，例如，干涉测量或运行时间测量(飞行时间，TOF)，其确定单独激光脉冲的运行时间，并由此确定(利用光速的知识)离目标对象的距离。
[0006]测量某一点或区域至少包括确定距所述点或者距所述区域中的一个或更多个点的距离。特别地，该测量包括在测量装置的参考坐标系中确定所述点或者所述区域中的多个点的三维(3D)坐标。
[0007]通过扫描，目标对象或目标区域的多个表面点是通过枢转来连续采样的，由此，例
如，生成3D信息项，特别是关于作为整体的对象和/或扫描区域的3D点云。测量通常是在确定距离和角度的情况下来执行的，即，以球坐标来执行的，其也可以被变换成笛卡尔坐标以用于显示和进一步处理。
[0008]对于快速且准确的扫描器，特别是需要短测量时间，同时具有高测量准确度，例如，在亚微秒到毫秒范围内的单独点的测量时间的毫米范围或更小的距离准确度。在这种情况下，空间测量分辨率具有特殊的重要性。其确定仍然可以识别哪些细节，而且还确定扫描过程的持续时间和在这种情况下产生的数据量。利用现代高速扫描器测量项目生成具有例如几亿或几十亿个对象点及以上的强度的3D点云。
[0009]特别是在具有相应较长的扫描持续时间和高数据量的这种高准确度扫描的情况下，高数据量导致较长的数据传递和处理时间，从而希望将扫描区域限制成主要仅覆盖对象或关注区域，并且尽可能地减少不必要的背景。
[0010]现今，在激光扫描中，由操作者通过在从测量对象捕获的图像上选择边界框来限定扫描区域。在许多情况下，该矩形只是较差地表示待扫描目标区域的形状，并且无意地扫描了许多背景点。
[0011]另选地，代替用于更精确选择的矩形，用户可以通过限定图像上的多边形来限定关注区域。然而，这需要手动选择表示正确形状的许多点，这会花费一些时间并且对于用户来说是麻烦的。

技术实现思路

[0012]因此，本专利技术的目的是提供一种用于限定基于激光的测量装置的扫描区域的改进方法。
[0013]另一目的是，提供这样一种方法，即，该方法允许关于关注区域收窄地限定扫描区域的方法。
[0014]另一目的是，提供这样一种方法，即，该方法基本上是自动化的。
[0015]这些目的中的至少一个目的是通过根据权利要求1所述的方法、根据权利要求14所述的装置和/或本专利技术的从属权利要求来实现的。
[0016]本专利技术的第一方面涉及一种基于图像的方法，该方法利用基于光电辐射(优选基于激光)的测量装置(例如，激光跟踪仪、扫描全站仪或激光扫描器)来通过扫描限定基于关注区域的扫描区域，该扫描区域用于大地测量和/或用于诸如计量测量的技术目的。所述(第一)关注区域具有相干视觉属性，举例来说，诸如均匀的颜色或均匀的图案或纹理的光学均匀性。在任何情况下，关注区域在视觉上都是相干的并且可从环境的其它部分辨别。
[0017]所述方法包括：捕获覆盖关注区域的(第一)图像，该(第一)图像具有与测量装置的瞄准轴线的已知取向或空间关系，并且被显示给用户。用户例如通过在所显示的图像上指出，来手动选择或标记该图像中的表示(第一)关注区域的(第一)像素组中的至少一个像素。
[0018]然后，使用机器学习算法，基于与所述至少一个所选像素的相似性，来自动地分割该像素组，由此，响应于用户的点选择/标记，可以可选地立即发起或开始自动选择。即，由于表示关注区域的其余像素或其它像素与由关注区域的视觉相干性给出的手动选择像素的相似性，因此，自动地选择或标识表示该关注区域的其余像素或其它像素。由此，像素相
似性优选地涉及颜色和/或纹理以及相应地涉及颜色值，包括颜色梯度、饱和度和/或亮度。
[0019]基于被分割像素组中的边界或边缘像素来自动限定扫描区域。例如，将图像或边界像素的像素位置转换成用于瞄准轴线对准的(成对的)竖直外角和水平外角，这是通过到瞄准轴线的图像获取的已知取向来实现的。
[0020]作为选项，在捕获第一图像之前，将瞄准轴线朝向第一关注区域手动地粗略对准。另选地或者另外地，第一图像是在瞄准轴线正被自动地对准或取向的情况下在自动、特别是360
°
全景成像的过程中捕获的。
[0021]作为优选选项，使用嵌入矢量来确定所述像素相似性。例如，对于图像中的各个像素，计算嵌入矢量，该嵌入矢量将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图像的方法，所述方法利用基于光电辐射的测量装置(10)来限定用于进行扫描、特别是计量扫描和/或大地测量扫描的扫描区域，所述方法包括：
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以相对于所述测量装置(10)的瞄准轴线(2)而言的已知取向，来捕获覆盖第一关注区域(1)的第一图像(3)，所述第一关注区域(1)具有相干视觉属性，
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向用户显示所述第一图像(3)，
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由所述用户特别是通过在所显示的第一图像(3)上指出，来手动地选择所述图像(3)中的表示所述第一关注区域(1)的第一像素组(7、7s)中的至少一个像素(p)，
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使用机器学习算法，基于与至少一个所选像素(p)的相似性，来自动地分割(5)所述第一像素组(7s)，
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基于所述第一像素组(7s)的边界像素(9i)，特别是通过限定用于瞄准轴线对准的竖直外角(Hi)和水平外角(Vi)，来自动地限定(8)所述扫描区域。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在捕获所述第一图像(3)之前，将所述瞄准轴线(2)朝向所述第一关注区域(1)手动粗略地对准。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述第一图像(3)是在所述瞄准轴线(2)被自动地对准的情况下在自动成像、特别是360
°
全景成像的过程中捕获的。4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于所述相干视觉属性和所述像素相似性涉及颜色和/或纹理。5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于所述像素相似性涉及颜色值、饱和度和/或亮度。6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于
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对于所述第一图像(3)中的各个像素，计算嵌入矢量(15pi)，
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将所述嵌入矢量(15pi)映射到n维嵌入空间中，
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在所述嵌入空间中聚类嵌入矢量(15pi)，以及
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根据包括所选像素(p)的所述嵌入矢量的簇，来分割所述第一像素组(7、7s)。7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于自动地分割的步骤包括：
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对于所述第一图像(3)中的各个像素(pi)，计算嵌入矢量(15pi)，
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从所选像素(p)开始，接连地对邻近像素的嵌入矢量(15pi)与初始像素进行比较，以及
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只要相应嵌入矢量(15pi)的比较表明低于所定义阈值的差异，就将像素添加至所述第一像素组(7、7s)。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于在开始扫描过程之前，基于所述第一像素组(7s)的中心和/尺寸，来将所述瞄准轴线(2)自动地对中至所限定的扫描区域。9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于所述第一像素组中的所述边界像素(9i)是使用被拟合至所述第一像素组(7s)的边界的几何形状(14)、特别是多边形来限定的。10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于所述扫描区域被限定成包括缓冲范围(17)，所述缓冲范围延伸由所述第一像素组(7、7s)中的所述边界像素(9i)给出的范围，由此，所述缓冲范围(17)是通过以下来...

【专利技术属性】
技术研发人员：伯恩哈德，
申请(专利权)人：赫克斯冈技术中心，
类型：发明
国别省市：