光學掃描、測量和顯示環境的方法技術

在光學掃描和測量環境的方法中，其中，激光掃描器借助于光發射器發射發射光束，借助于光接收器接收接收光束，接收光束從在激光掃描器的環境中的物體反射或散射，并且，借助于控制和評估設備，為多個測量點至少確定每一情況下物體到激光掃描器的中心的距離，并且其中至少一些測量點（X）被顯示在顯示設備上，為此，測量點（X）被分配給平面（E）的像素，并且測量點（X）到平面（E）的距離被分配給各個深度，根據深度（z0，z1，z2……），通過選擇像素（P0）、搜尋與被選擇像素（P0）相鄰并且具有更小的深度（z1，z2……）的像素（P1，P2……）并通過根據相鄰像素（P1，P2……）的值和相鄰像素（P1，P2……）的深度（z1，z2……）填充被選擇像素（P0），來用值填充至少在被分配給測量點（X）的像素之間的像素。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】本專利技術涉及具有作為總括項的權利要求I的特征的方法。借助于這種類型的已知方法，三維掃描被記錄，然后被以二維的方式顯示。假設測量點的密度和范圍比顯示的像素小，那么，如果在測量點之間進行空隙填充，即，如果根據單個測量點來生成表面，則將產生更好的視覺效果。因此，所有的測量點可被投影到一個平面內并且被分配給單個像素。然后平面的中間像素被填充，例如，通過內插來填充。本專利技術基于改善在背景部分中提到的那類方法的目的。根據本專利技術，通過包括權利要求I的特征的方法來實現所述目的。從屬權利要求涉及有益的配置。根據本專利技術，像素填充幾乎以三維的方式進行，因此，相比于二維填充，可用的深度信息可被用于更好的表示。被選擇像素的填充依賴于深度(即到對應于屏幕的平面的距離)而進行。除了考慮被分配給各個被選擇像素的深度以外，還考慮被分配給各個相鄰像素的深度。因此，尤其因已經被填充的且與被選擇像素相鄰的像素被分配給測量點而因此對 所述已經被填充的且與被選擇像素相鄰的像素進行搜尋，以便將被選擇像素合并到被分配給測量點的這些像素的表面中，或者借助于邊緣來分離被選擇像素。因此，隱藏的表面和隱藏的邊緣保持不可見。選擇、搜尋和填充的整個過程優選地在圖形卡上并行執行，即對于所有的像素同時執行，從而節省計算時間。下面基于在附圖中說明的示例性實施例詳細解釋本專利技術，在附圖中圖I示出了在平面內觀察時分配和填充像素的示意圖，其中相鄰像素在相同的表面上；圖2示出了在平面上方觀察時根據圖I的分配和填充像素的示意圖；圖3示出了在平面上方觀察時分配和填充像素的示意圖，其中相鄰的像素在不同的表面上；圖4示出了在平面上方觀察時根據圖3的分配和填充像素的示意圖；圖5示出了在包括顯示設備的環境中的激光掃描器的示意圖；以及圖6示出了激光掃描器的局部剖視圖。激光掃描器10被設置作為對激光掃描器10的環境進行光學掃描和測量的設備。激光掃描器10具有測量頭12和底部14。測量頭12作為可以圍繞豎直軸線轉動的單元被安裝到底部14上。測量頭12具有可圍繞水平軸線旋轉的旋轉鏡16。在兩個旋轉軸線之間的交叉點被指定為激光掃描器10的中心Cltl。測量頭12還具有用于發射發射光束18的光發射器17。優選地，發射光束18是在大約300nm到1600nm的波長范圍內的激光束，例如波長為790nm、905nm或小于400nm的激光束，但是原則上還可以使用例如具有更高波長的其他電磁波。發射光束18利用例如正弦或矩形波形調制信號來進行幅度調制。發射光束18從光發射器17傳輸到旋轉鏡16上，在此被偏轉，并且被發射進入環境。從物體O反射或散射的接收光束20被旋轉鏡16捕獲，被偏轉并且傳輸到光接收器21。發射光束18的方向和接收光束20的方向由旋轉鏡16和測量頭12的角度位置決定，旋轉鏡16和測量頭12的角度位置取決于其各自的旋轉驅動的位置，而旋轉驅動的位置又被各自的編碼器所檢測。在測量頭12中，控制和評估設備22具有到光發射器17和光接收器21的數據鏈路連接，數據鏈接連接的一部分還被安排在測量頭12的外部，例如，作為連接到底部4的計算機?？刂坪驮u估設備22被設計成，根據發射光束18和接收光束20的傳播時間為多個測量點X確定從物體O (其上的被照明點)到激光掃描器10的距離d。為此，可確定和計算在兩個光束18和20之間的相移。借助于鏡16的(快速)旋轉，沿圓形線執行掃描。借助于測量頭12相對于底部14的(慢速)旋轉，以圓形線逐漸掃描整個空間。所述測量的測量點X的全體應被指定為掃描。激光掃描器10的中心Cltl定義為所述掃描的局部靜止參考系的原點。底部14在所述局部靜止參考系統中是靜止的。除了到激光掃描器10的中心Cltl的距離d，每一測量點X還包括由控制和評估設備22確定的亮度值。亮度是例如在分配給測量點X的測量時間段內通過對光接收器21的帶通濾波和放大后的信號進行積分所確定的灰度值(gray-tone value)。可選地,可借助于彩色攝影機來產生圖片，借助于該圖片可將顏色(R，G，B)作為值分配給測量點X (以及亮度 或具有亮度的測量點X)。顯示設備30被連接到控制和評估設備22。顯示設備30可被集成到激光掃描器10中,例如集成到測量頭12內或集成到底部14內，或者該顯示設備可以是外部單元,例如，可以是連接到底部14的計算機的一部分。顯示設備30具有圖形卡32和屏幕34，圖形卡和屏幕可被彼此分開布置或作為一個結構單元來布置。控制和評估設備22提供掃描的3D數據。圖形卡32將3D數據轉換成2D數據(渲染)，所述2D數據在屏幕34上顯示。3D數據是測量點X，其中，若干個掃描(從激光掃描器10的不同位置)可被組合成一個畫面。為了表示2D數據，一方面存在像素P，即相鄰的、小的多邊形表面(例如，正方形或六邊形)，其被布置在(二維)平面E (其對應于屏幕34)中。開始點是在觀察器(眼睛，攝像機)處于某一觀察點V時測量點X在平面E上的投影。投影可以是透射(觀察點V有限)或正射的(觀察點V無限)。投影測量點X被分配給單個像素P。另一方面，Z緩沖區用于表示2D數據，即，像素P的二維輔助字段。在所述Z緩沖區中，字段元素(深度z)被分配給每一像素P。每一個投影測量點X的深度z對應于測量點X到平面E的距離(關于觀察點V)。像素P的字段和Z緩沖區優選地以相同的方式作為圖像處理。觀察點V本身是任意的，并且當考慮到掃描和/或畫面時，通常被改變多次。由于測量點X是中間有間隙的點，并且在平面E中的像素P通常(在物體O附近的情況下)具有比測量點X的投影更高的密度，因此執行所謂的空隙填充，以填充盡可能多的像素P，從而獲得改進的表示。圖形卡32使用3D數據和觀察點V的指示(和平面E)來并行地執行所述過程。最初，只對分配有測量點的投影的像素P (即準確地被測量點X所覆蓋的像素P)進行填充。這些像素P由所分配的測量點X的值(即亮度，在可適用的情形下以及顏色)所填充。與測量點X的投影未準確對應的所有其他的像素P，即“在中間”的像素P起初是空的，例如，被設置為O。分配給(最初)被填充的像素P的每一個深度Z，即Z緩沖區的字段元素被設置為深度，其對應于被分配的測量點X到平面E的距離。Z緩沖區的所有其他字段元素(深度Z)被設置為極限值，例如，無限大。當對測量點X進行投影時，如果出現一個像素P可得到兩個測量點X，則選擇具有更小深度Z的測量點，而排除另一個，這樣隱藏的表面和隱藏的邊緣就不可見了。根據本專利技術，空隙填充依賴于深度Zc^ZpZ2,即依賴于到平面E的距離而發生。圖形卡32并行地選擇所有的像素P (關于時間)。舉例來說，下面考慮一個被選擇像素匕。被分配的深度z (即Z緩沖區的字段元素)包括深度Z(l。對于每一個被選擇像素Ptl，連續地搜尋相鄰像素P1;P2...，即向左和向右(以及向上和向下)搜索。如果相鄰的像素P1還沒有被填充，或如果其深度z比被選擇像素Ptl的深度Ztl大，則其被跳過，并且將第二個接下來的像素P作為相鄰像素P1,必要時重復該操作。如果在一個方向上發現深度Z1小于被選擇像素P。的深度Ztl的相鄰像素P1，則改變到下一個方向，并且搜尋相鄰像素P2 (其深度22比被選擇像素Ptl的深度Ztl小)?？梢远x被跳過像素的最大數量，即如本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬丁·奧西格，達格·弗羅姆霍爾德，丹尼爾·弗洛爾，
申請(專利權)人：法羅技術股份有限公司，
類型：
國別省市：