一種三維激光掃描空間分辨率增強的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及三維測量技術領域，尤其涉及一種三維激光掃描空間分辨率增強的方 法。
【背景技術】
[0002] 三維激光掃描系統(tǒng)，是利用激光測距技術獲取測量距離值，并在兩級驅動裝置的 帶動下，完成三維空間掃描過程。三維激光掃描技術，是一種非接觸式測量技術，在建筑物 三維建模、地下空間探測等方面，都有著重要的應用價值。
[0003] 在三維激光掃描方法中，最常用的是等角度掃描，兩軸驅動裝置按照預設的運動 方式完成整個掃描過程，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，簡單的計算了驅動裝置的角度增量，根據測距值做出 了一定的調整，但是缺乏完整的掃描軌跡規(guī)劃方案和運動控制模型，效果有限。

【發(fā)明內容】

[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的方法，可以大幅度增強 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方案實現的：
[0007] -種三維激光掃描空間分辨率增強的方法，該方法包括：
[0008] 利用空間形態(tài)互相垂直的一級驅動裝置和二級驅動裝置根據初始的設定帶動激 光測距模塊對被測空間進行掃描測量，將每一周掃描軌跡分成N等分，每一等分的分割點 則為關鍵點；
[0009] 根據前m-1周關鍵點的測量距離值、預設的每一圈掃描軌跡之間的理想間距以及 預設的測量點之間的理想間距，估算第m周的掃描中關鍵點的位置及相鄰關鍵點之間的掃 描時間；
[0010] 根據上述估算結果進行第m周的掃描，并估算第m+1周的掃描中關鍵點的位置以 及相鄰關鍵點之間的掃描時間，直至完成被測空間的掃描測量。
[0011] 進一步的，所述一級驅動裝置沿一個方向一圈一圈地連續(xù)轉動，二級驅動裝置配 合一級驅動裝置轉動，形成螺旋線形式的掃描軌跡。
[0012] 進一步的，根據前m-ι周關鍵點的測量距離值以及預設的每一周掃描軌跡之間的 理想間距，估算第m周的掃描中關鍵點的位置，所述關鍵點的位置對應于二級驅動裝置的 角度位直；
[0013] 根據第m-ι周掃描軌跡上第η個關鍵點的測量距離值Cln0rf，以及第m-2周掃描軌 跡上第η個關鍵點的測量距離值d n(m_2)，來估算第m周掃描軌跡上第η個關鍵點對應的二級 驅動裝置角度增量：
[0014]
【主權項】
1. 一種三維激光掃描空間分辨率增強的方法，其特征在于，該方法包括： 利用空間形態(tài)互相垂直的一級驅動裝置和二級驅動裝置根據初始的設定帶動激光測 距模塊對被測空間進行掃描測量，將每一周掃描軌跡分成N等分，每一等分的分割點則為 關鍵點； 根據前m-1周關鍵點的測量距離值、預設的每一圈掃描軌跡之間的理想間距以及預設 的測量點之間的理想間距，估算第m周的掃描中關鍵點的位置及相鄰關鍵點之間的掃描時 間； 根據上述估算結果進行第m周的掃描，并估算第m+1周的掃描中關鍵點的位置以及相 鄰關鍵點之間的掃描時間，直至完成被測空間的掃描測量。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于， 所述一級驅動裝置沿一個方向一圈一圈地連續(xù)轉動，二級驅動裝置配合一級驅動裝置 轉動，形成螺旋線形式的掃描軌跡。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于， 根據前m-1周關鍵點的測量距離值以及預設的每一周掃描軌跡之間的理想間距，估算 第m周的掃描中關鍵點的位置，所述關鍵點的位置對應于二級驅動裝置的角度位置； 根據第m-1周掃描軌跡上第n個關鍵點的測量距離值，以及第m-2周掃描軌跡上 第n個關鍵點的測量距離值dn0n_2)，來估算第m周掃描軌跡上第n個關鍵點對應的二級驅動 裝置角度增量：
其中，1〇為預設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個關鍵點對應的二級驅動裝置角度位置為，則第m周 掃描軌跡上第n個關鍵點對應的二級驅動裝置角度位置為： p = p + A P snm丄sn(m-l) 丄snm0
4. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于， 根據預設的測量點之間的理想間距來估算第m周的相鄰關鍵點之間的掃描時間； 所述預設的測量點之間的理想間距與預設的相鄰關鍵點之間的掃描時間I；以及對應 的測量距離值屯相關，估算第m周掃描軌跡上第n-1個關鍵點與第n個關鍵點之間的掃描 時間的公式表示為：
其中，a_為同步影響因子，在第m周掃描軌跡上第n-l個關鍵點與第n個關鍵點之 間，一級驅動裝置角位移表示為Sdnm，二級驅動裝置角位移表示為Ssnm，則同步影響因子表示 為：
為二級驅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個關鍵點對應的二級驅動裝置角度位置； e_為一級微分增量因子，在第m周掃描軌跡上第n-1個關鍵點與第n個關鍵點之間， 一級驅動裝置與二級驅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. 根據權利要求1-4任一項所述的方法，其特征在于，所述根據上述估算結果進行第m 周的掃描，并估算第m+1周的掃描中關鍵點的位置以及相鄰關鍵點之間的掃描時間包括： 根據上述估算結果，調整一級驅動裝置和二級驅動裝置來帶動激光測距模塊進行第m周的掃描；并根據第m周掃描軌跡中關鍵點處的測量距離值、預設的每一圈掃描軌跡之間 的理想間距以及預設的測量點之間的理想間距，估算第m+1周的掃描中關鍵點的位置以及 相鄰關鍵點之間的掃描時間。
6. 根據權利要求1-4任一項所述的方法，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鍵點按照1?N進 行編號，并將所有掃描軌跡中的關鍵點按照編號連接，連接線作為經線，構成經緯線網格； 若當前被測空間為標準球體，則當二級驅動裝置旋轉180°時，判定完成整個空間三維 激光掃描測量；若被測空間為非標準球體，則當二級驅動裝置使得N條經線的位置均達到 180°時，判定完成整個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的方法，該方法采用兩級驅動裝置同步運行，可以有效提高掃描效率；將掃描空間劃分成經緯線網格，并設置關鍵點，有效的簡化了計算和控制過程；對于任意被測空間環(huán)境，三維激光掃描儀能夠根據實時環(huán)境做出調整，通過調節(jié)掃描軌跡的間距和相鄰關鍵點的掃描時間，大幅度增強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, 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