光学扫描、测量和显示环境的方法技术

在光学扫描和测量环境的方法中，其中，激光扫描器借助于光发射器发射发射光束，借助于光接收器接收接收光束，接收光束从在激光扫描器的环境中的物体反射或散射，并且，借助于控制和评估设备，为多个测量点至少确定每一情况下物体到激光扫描器的中心的距离，并且其中至少一些测量点（X）被显示在显示设备上，为此，测量点（X）被分配给平面（E）的像素，并且测量点（X）到平面（E）的距离被分配给各个深度，根据深度（z0，z1，z2……），通过选择像素（P0）、搜寻与被选择像素（P0）相邻并且具有更小的深度（z1，z2……）的像素（P1，P2……）并通过根据相邻像素（P1，P2……）的值和相邻像素（P1，P2……）的深度（z1，z2……）填充被选择像素（P0），来用值填充至少在被分配给测量点（X）的像素之间的像素。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及具有作为总括项的权利要求I的特征的方法。借助于这种类型的已知方法，三维扫描被记录，然后被以二维的方式显示。假设测量点的密度和范围比显示的像素小，那么，如果在测量点之间进行空隙填充，即，如果根据单个测量点来生成表面，则将产生更好的视觉效果。因此，所有的测量点可被投影到一个平面内并且被分配给单个像素。然后平面的中间像素被填充，例如，通过内插来填充。本专利技术基于改善在背景部分中提到的那类方法的目的。根据本专利技术，通过包括权利要求I的特征的方法来实现所述目的。从属权利要求涉及有益的配置。根据本专利技术，像素填充几乎以三维的方式进行，因此，相比于二维填充，可用的深度信息可被用于更好的表示。被选择像素的填充依赖于深度(即到对应于屏幕的平面的距离)而进行。除了考虑被分配给各个被选择像素的深度以外，还考虑被分配给各个相邻像素的深度。因此，尤其因已经被填充的且与被选择像素相邻的像素被分配给测量点而因此对 所述已经被填充的且与被选择像素相邻的像素进行搜寻，以便将被选择像素合并到被分配给测量点的这些像素的表面中，或者借助于边缘来分离被选择像素。因此，隐藏的表面和隐藏的边缘保持不可见。选择、搜寻和填充的整个过程优选地在图形卡上并行执行，即对于所有的像素同时执行，从而节省计算时间。下面基于在附图中说明的示例性实施例详细解释本专利技术，在附图中图I示出了在平面内观察时分配和填充像素的示意图，其中相邻像素在相同的表面上；图2示出了在平面上方观察时根据图I的分配和填充像素的示意图；图3示出了在平面上方观察时分配和填充像素的示意图，其中相邻的像素在不同的表面上；图4示出了在平面上方观察时根据图3的分配和填充像素的示意图；图5示出了在包括显示设备的环境中的激光扫描器的示意图；以及图6示出了激光扫描器的局部剖视图。激光扫描器10被设置作为对激光扫描器10的环境进行光学扫描和测量的设备。激光扫描器10具有测量头12和底部14。测量头12作为可以围绕竖直轴线转动的单元被安装到底部14上。测量头12具有可围绕水平轴线旋转的旋转镜16。在两个旋转轴线之间的交叉点被指定为激光扫描器10的中心Cltl。测量头12还具有用于发射发射光束18的光发射器17。优选地，发射光束18是在大约300nm到1600nm的波长范围内的激光束，例如波长为790nm、905nm或小于400nm的激光束，但是原则上还可以使用例如具有更高波长的其他电磁波。发射光束18利用例如正弦或矩形波形调制信号来进行幅度调制。发射光束18从光发射器17传输到旋转镜16上，在此被偏转，并且被发射进入环境。从物体O反射或散射的接收光束20被旋转镜16捕获，被偏转并且传输到光接收器21。发射光束18的方向和接收光束20的方向由旋转镜16和测量头12的角度位置决定，旋转镜16和测量头12的角度位置取决于其各自的旋转驱动的位置，而旋转驱动的位置又被各自的编码器所检测。在测量头12中，控制和评估设备22具有到光发射器17和光接收器21的数据链路连接，数据链接连接的一部分还被安排在测量头12的外部，例如，作为连接到底部4的计算机。控制和评估设备22被设计成，根据发射光束18和接收光束20的传播时间为多个测量点X确定从物体O (其上的被照明点)到激光扫描器10的距离d。为此，可确定和计算在两个光束18和20之间的相移。借助于镜16的(快速)旋转，沿圆形线执行扫描。借助于测量头12相对于底部14的(慢速)旋转，以圆形线逐渐扫描整个空间。所述测量的测量点X的全体应被指定为扫描。激光扫描器10的中心Cltl定义为所述扫描的局部静止参考系的原点。底部14在所述局部静止参考系统中是静止的。除了到激光扫描器10的中心Cltl的距离d，每一测量点X还包括由控制和评估设备22确定的亮度值。亮度是例如在分配给测量点X的测量时间段内通过对光接收器21的带通滤波和放大后的信号进行积分所确定的灰度值(gray-tone value)。可选地,可借助于彩色摄影机来产生图片，借助于该图片可将颜色(R，G，B)作为值分配给测量点X (以及亮度 或具有亮度的测量点X)。显示设备30被连接到控制和评估设备22。显示设备30可被集成到激光扫描器10中,例如集成到测量头12内或集成到底部14内，或者该显示设备可以是外部单元,例如，可以是连接到底部14的计算机的一部分。显示设备30具有图形卡32和屏幕34，图形卡和屏幕可被彼此分开布置或作为一个结构单元来布置。控制和评估设备22提供扫描的3D数据。图形卡32将3D数据转换成2D数据(渲染)，所述2D数据在屏幕34上显示。3D数据是测量点X，其中，若干个扫描(从激光扫描器10的不同位置)可被组合成一个画面。为了表示2D数据，一方面存在像素P，即相邻的、小的多边形表面(例如，正方形或六边形)，其被布置在(二维)平面E (其对应于屏幕34)中。开始点是在观察器(眼睛，摄像机)处于某一观察点V时测量点X在平面E上的投影。投影可以是透射(观察点V有限)或正射的(观察点V无限)。投影测量点X被分配给单个像素P。另一方面，Z缓冲区用于表示2D数据，即，像素P的二维辅助字段。在所述Z缓冲区中，字段元素(深度z)被分配给每一像素P。每一个投影测量点X的深度z对应于测量点X到平面E的距离(关于观察点V)。像素P的字段和Z缓冲区优选地以相同的方式作为图像处理。观察点V本身是任意的，并且当考虑到扫描和/或画面时，通常被改变多次。由于测量点X是中间有间隙的点，并且在平面E中的像素P通常(在物体O附近的情况下)具有比测量点X的投影更高的密度，因此执行所谓的空隙填充，以填充尽可能多的像素P，从而获得改进的表示。图形卡32使用3D数据和观察点V的指示(和平面E)来并行地执行所述过程。最初，只对分配有测量点的投影的像素P (即准确地被测量点X所覆盖的像素P)进行填充。这些像素P由所分配的测量点X的值(即亮度，在可适用的情形下以及颜色)所填充。与测量点X的投影未准确对应的所有其他的像素P，即“在中间”的像素P起初是空的，例如，被设置为O。分配给(最初)被填充的像素P的每一个深度Z，即Z缓冲区的字段元素被设置为深度，其对应于被分配的测量点X到平面E的距离。Z缓冲区的所有其他字段元素(深度Z)被设置为极限值，例如，无限大。当对测量点X进行投影时，如果出现一个像素P可得到两个测量点X，则选择具有更小深度Z的测量点，而排除另一个，这样隐藏的表面和隐藏的边缘就不可见了。根据本专利技术，空隙填充依赖于深度Zc^ZpZ2,即依赖于到平面E的距离而发生。图形卡32并行地选择所有的像素P (关于时间)。举例来说，下面考虑一个被选择像素匕。被分配的深度z (即Z缓冲区的字段元素)包括深度Z(l。对于每一个被选择像素Ptl，连续地搜寻相邻像素P1;P2...，即向左和向右(以及向上和向下)搜索。如果相邻的像素P1还没有被填充，或如果其深度z比被选择像素Ptl的深度Ztl大，则其被跳过，并且将第二个接下来的像素P作为相邻像素P1,必要时重复该操作。如果在一个方向上发现深度Z1小于被选择像素P。的深度Ztl的相邻像素P1，则改变到下一个方向，并且搜寻相邻像素P2 (其深度22比被选择像素Ptl的深度Ztl小)。可以定义被跳过像素的最大数量，即如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁·奥西格，达格·弗罗姆霍尔德，丹尼尔·弗洛尔，
申请(专利权)人：法罗技术股份有限公司，
类型：
国别省市：