CN105164547B - 基于模型的扫描线编码器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种基于模型的扫描线编码器。一种基于模型的扫描线编码的方法包括限定用于描述扫描的扫描线的几何模型(502)，所述扫描线包括多个扫描点(506)。该方法还包括计算轨迹模型，所述轨迹模型表示多个扫描点(506)相对于几何模型(502)的偏差(510)的近似图案。所述方法还包括计算多个残差，所述残差中的每一个与扫描点(506)的偏差(510)和轨迹模型之间的差相关。所述方法还可以包括压缩残差。

Description

基于模型的扫描线编码器
技术领域
本文公开的实施方式涉及三维(3D)激光扫描数据的压缩和检索。
背景技术
使用激光成像、探测和测距(LIDAR)技术来捕获3-D现实的扫描装置(诸如在美国专利7,701,558和美国专利5,988,862中描述的那些)日益流行且越来越多地被使用。通常，激光扫描仪可以包括生成一个或更多个目标表面的一个或更多个测距样本的一些形式的LIDAR。该LIDAR还可以生成与样本相关的辅助数据，诸如描述为“主动颜色(activecolor)”的激光回波强度的测量值和/或描述为“被动颜色(passive color)”的采样表面的颜色。强度可以指来自激光的从表面返回的光，所述光可以包括几个不同的波长。颜色可以指从表面被动返回的光，所述光可以由如对超光谱和/或热成像感兴趣的一个或更多个不同频带组成。
LIDAR可以被激光扫描仪机械地定位以随着时间来采样感兴趣的区域。将LIDAR的机械定位描述为扫描。定位处理可以确定LIDAR样本的原点和方向。可以采用原点和方向以及测距在基坐标系中生成样本点。每一个样本点与其辅助数据(例如，回波强度和/或颜色)一起可以被描述为扫描点。扫描点的集合可以被描述为扫描。该扫描可以包括扫描线，每一条扫描线可以包括在单次机械移动或扫掠(sweep)期间收集的扫描点的集合。
存在几个机械定位的示例。对于典型的地面测量LIDAR(例如Leica ScanStationC10)，LIDAR的机械定位可以通过利用垂直偏转器垂直偏转LIDAR的视场并且与LIDAR一起水平旋转该垂直偏转器来实现。这样，可以实现通常类似于球体的扫描视场。在一些空运LIDAR系统(例如Leica ALS70)中，LIDAR可以通过偏转器在飞行路径上被偏转。该偏转器和LIDAR可以被安装到航空器上。类似地，在一些基于地面车辆的LIDAR系统中，LIDAR可以随着车辆沿道路移动而围绕环境来偏转。目标锁定的楔形棱镜扫描仪可以通过使激光束穿过两个修圆的楔形棱镜来形成LIDAR视场，一个修圆的楔形棱镜以比第二个修圆的楔形棱镜低得多的速度旋转，因此创建了螺旋形LIDAR采样路径。
本文要求保护的主题不限于解决任何缺点或只在例如上文描述的环境中工作的实施方式。而是，仅提供该背景技术来例示可以实施本文描述的一些实施方式的一个示例性技术领域。
发明内容
本文公开的实施方式涉及三维(3-D)激光扫描数据的压缩和检索。
一种基于模型的扫描线编码的方法包括限定用于描述扫描的扫描线的几何模型，所述扫描线包括多个扫描点。该方法还包括计算轨迹模型，所述轨迹模型表示多个扫描点相对于几何模型的偏差的近似图案。所述方法还包括计算多个残差，所述残差中的每一个与扫描点的偏差和轨迹模型之间的差相关。所述方法还可以包括压缩残差。
该发明内容以简化形式介绍了在以下具体实施方式中进一步描述的构思的选择。该发明内容并不旨在确定所要求保护的主题的关键特征或必要特性，其也不旨在被用作对确定所要求保护的主题的范围的辅助。
将在随后的描述中陈述另外的特征和优势，且根据该描述部分地将是显而易见的，或者可以通过实践这些实施方式来学习。将通过在权利要求中具体指出的手段和组合来实现和获得这些实施方式的特征和优势。从以下描述和权利要求中，这些和其它特征将变得更加全面地显而易见，或者可以通过实践如下文中所述的实施方式来学习。
附图说明
为进一步澄清本发明的上述和其它优势和特征，将参照在附图中示出的其具体实施方式来呈现本发明的更具体的描述。要理解的是，这些附图仅绘出了本发明的典型实施方式，且因此并不被认为限制了其范围。本发明将通过使用附图采用另外的特定性和细节来描述和说明，在附图中：
图1是包括扫描仪的运动行为的示意图的示例地面激光扫描仪的立体图；
图2是图1的扫描仪的示例运动的抽象图；
图3是可以由图1的扫描仪产生的示例扫描伪像(artifact)的示意图；
图4是可以由图1的扫描仪执行的基于模型的扫描线编码的示例方法的流程图；
图5是可以被图1的扫描仪和/或被图4的方法采用的示例几何模型的示意图；
图6是可以被图1的扫描仪和/或被图4的方法采用的另一示例几何模型的示意图；
图7是示例可移动激光扫描仪的立体图；
图8是可以被图7的可移动扫描仪和/或被图4的方法采用的示例内插几何模型的示意图；
图9例示了由行索引布置的样本点偏离重叠轨迹模型的曲线图；
图10是可以由图1的扫描仪执行的示例的基于模型的压缩处理的流程图；
图11是可以由图1的扫描仪执行的另一示例压缩处理的流程图；
图12是示例空运激光扫描仪的立体图；
图13是可以与数据的扫描线相关的示例时间变化量的曲线图，所述数据可以由图12的空运激光扫描仪收集；以及
图14是沿空运激光扫描仪数据的单条扫描线的高度(扫掠)和方位角编码的示例性建模的扫描数据的曲线图。
具体实施方式
本文公开的实施方式涉及三维(3-D)激光扫描数据的压缩和检索。在典型的扫描激光成像、探测和测距(LIDAR)装置中，LIDAR的动作可以比机械定位快许多倍，因为测距和辅助测量数据源本质上是电子的和光学的。扫描线的位置和方向分量可以缓慢改变且可以紧密地遵循低维度模型。可以事先知道扫描线所依据的模型的类型。
公开了一种基于模型的扫描线编码器。该扫描线编码器可以将扫描线的机械驱动的分量(component)和光电驱动的分量分开。该扫描线编码器可以进一步限定几何模型以相对于机械驱动的分量描述扫描线。可以将扫描线的扫描点与几何模型进行比较，并且可以确定扫描点与几何模型之间的偏差。轨迹模型可以被计算为表示扫描点相对于几何模型的偏差的近似图案。残差可以被计算为表示在偏差与轨迹模型之间的差值。残差可以被压缩。压缩的残差可以与几何模型和轨迹模型一起被存储。使用该模型转换数据可以实现有效的无损压缩和有损压缩技术。另外，可以将数据损失与扫描装置的本机误差源相匹配。在一些实施方式中，索引可以允许快速地定位特定的扫描数据而不需要将整个数据集解压缩。
现在参照附图，在附图中相同的结构标有相同的附图标记。附图是示例性实施方式的图示和图解表示，且因此，不限制要求保护的主题的范围，并且附图也不是必须按比例绘制。
图1是包括扫描仪100的运动行为的示意图的示例地面激光扫描仪100的立体图。扫描仪100可以被配置为通过围绕基本水平的轴线101快速旋转激光束以及相对于激光束绕基本水平的轴线101的旋转逐步地和/或缓慢地将扫描仪100和/或激光器绕基本垂直的轴线103旋转，在3-D现实上机械地扫掠激光束。该激光束围绕基本水平的轴线101的角度位置通常可以与激光束的高度102相关。该激光束围绕基本垂直的轴线103的角度位置通常可以与激光束的方位角104相关。
图2是图1的扫描仪100的示例运动200的抽象图。激光束201可以围绕快速旋转轴线204快速地旋转。快速旋转轴线204通常可以对应于图1的基本水平的轴线101。随着激光束201旋转，可以按照固定的时间间隔获取本文描述的数据样本以作为扫描点207。与快速旋转轴线204的完整旋转或部分旋转相关的扫描点207在本文中被描述为扫描线202。虽然在共同的曲线上被示出，但该扫描点207也可以与和离激光束201的原点的采样距离相关的各种测距相关。
激光束201可以围绕缓慢旋转轴线206不如激光束201绕快速旋转轴线204旋转那样快地旋转。缓慢旋转轴线206通常可以对应于图1的基本垂直的轴线103。缓慢旋转轴线206可以几乎与重力208对齐，并且快速旋转轴线204可以几乎垂直于重力208和/或缓慢旋转轴线206。
激光束201围绕快速旋转轴线204的旋转与围绕缓慢旋转轴线206的旋转的结合可以允许扫描点207针对诸如房间、环境等的3-D现实而被聚集。
在一些实施方式中，在扫描点207处收集的数据可以与相对于扫描仪的方位角坐标和高度坐标相关。方位角轴线可以与重力208对齐，并且高度轴线可以垂直于重力208。另选地，方位角轴线和高度轴线可以与环境和/或相关的扫描仪的一些其它物理元素相关。方位角坐标和高度坐标可以是通常分别对应于图1的高度102和方位角104的角坐标。
在实际的激光扫描仪中，由于扫描仪的错位和/或偏移，激光束201的表观原点可能不与方位角坐标和高度坐标直接对应，一些扫描仪的错位和/或偏移例如可以参照在美国专利7,643,135中的扫描仪校准技术的描述而被描述。例如，快速旋转轴线204和缓慢旋转轴线206可能不完全垂直。另外，由于扫描仪的错位和/或偏移，激光束201的原点可能不与扫描仪运动200的任何基本物理元素相关。例如，缓慢旋转轴线206可能不与重力208的方向完全一致，和/或快速旋转轴线204可能不完全垂直于重力208的方向。
扫描仪的错位和偏移可能没有被扫描仪或扫描仪的制造商提供。另外，由于制造容差以及在扫描仪的配置和制造工艺中潜在地显著改变，该错位和偏移可能在扫描仪之间不同。与其提供错位和偏移，相反扫描仪可以经由简单编码来提供说明错位和偏移的测量数据。
扫描仪的简单编码技术通常是低效率的。例如，因为该错位和偏移会导致转换量的较大偏差，所以将检测到的扫描数据直接转换为客观理想的方位角和高度角(例如，转换为与诸如重力208的基本物理元素相关的方位角和高度角)的简单编码技术可能是低效率的。例如，如图3中所公开，扫描的位于极点(例如，在与重力208的方向相反的缓慢旋转轴线206附近)处的重叠扫描线可能由于该错位和偏移而不相交。
图3是可以由图1的扫描仪100产生的示例扫描伪像300的示意图。在一些情况下，伪像300可能出现在与缓慢旋转轴线306相交的表面上，该缓慢旋转轴线306通常可以对应于图2的缓慢旋转轴线206。一般地，多条扫描线302可以对应于图2的在围绕缓慢旋转轴线206的多个位置处截取的扫描线202。每条扫描线可以包括多个扫描点308，为清楚起见，该扫描点308仅在一条扫描线302a上被示出。
在一些情况下，由于内部制造错位、偏移等，扫描线302可能形成空隙304。例如，当快速旋转轴线204不完全垂直于缓慢旋转轴线306时，可能形成空隙304。伪像(例如，伪像300)在简单编码技术中可能导致低效率。
在一些实施方式中，可以采用基于模型的扫描线编码。在一些情况下，基于模型的扫描线编码可以提供对扫描数据的有效编码。图4是可以由图1的扫描仪100执行的基于模型的扫描线编码的示例方法400的流程图。继续参照图2描述该方法400。
方法400可以在限定用于描述扫描的扫描线202的几何模型的框402处开始，该扫描线可以包括多个扫描点207。例如，扫描线202可以大致位于平面中和/或大致位于开口圆锥的表面中。该几何模型可以包括平面、圆锥、圆柱、球体等或它们的任何组合。由于扫描仪100的错位和/或偏移等，扫描线202的扫描点207可以不由所限定的几何模型来完全描述。例如，扫描点207可以偏离所限定的几何模型的平面、开口圆锥的表面和/或类似物。
图5是可以由图1的扫描仪100和/或由图4的方法400采用的示例几何模型500的示意图。继续参照图2，该几何模型500可以包括相对于扫描线202而限定的平面502。
给定所限定的平面502，可以相对于平面502限定每个扫描点207。扫描点506通常可以对应于扫描点207。在平面502中，扫描点506可以有具有测距508和角度的相对应的投影点507。每个扫描点506也可以包括垂直于平面502的偏差510。
在一些实施方式中，偏差510可以除以测距508以获得角度误差，可以认为该角度误差概念上将偏差510移动至垂直于平面502定向的单元圆柱504。另选地或另外地，每个扫描点506可以被转变为一些其它坐标和/或一些其它几何模型500。例如，偏差510可以被移动至单元球体(未示出)等。
图6是可以由图1的扫描仪100和/或图4的方法400采用的另一示例几何模型600的示意图。继续参照图2，几何模型600可以包括相对于扫描线202限定的圆锥602。该几何模型600通常可以对应于图5的几何模型500，且扫描点606的偏差610以通常对应于图5的偏差510的方式取自通过圆锥602限定的表面。可选地，偏差610可以被保持在单元圆柱604上，如参照图5所述。在一些情况下，圆锥602可以比参照图5描述的平面502更好地对扫描线202的几何图形建模。
图7是示例的可移动激光扫描仪系统700的立体图。激光扫描仪702可以被附接至被配置为移动扫描仪的汽车704或其它交通工具，如箭头706所表示。随着汽车704移动706，扫描仪702可以使用围绕快速旋转轴线(未示出)旋转的激光束708(在第一激光束位置708a和第二激光束位置708b中示出)以便沿着扫描线710以通常类似于图1的扫描仪100的方式收集样本点709(被示出为第一样本点709a和第二样本点709b)。另外的扫描仪(未示出)可以被包括在汽车704上以收集其它样本点(未示出)。
随着汽车704移动706，扫描仪702随着汽车704移动。在一些情况下，激光束708围绕快速旋转轴线旋转比由汽车704移动706使扫描仪702位移快大约几个量级。在一些实施方式中，扫描仪702的位移可以在图5、图6等的几何模型中被编码。例如，扫描仪702在收集的样本点709a和709b之间的位移可以针对样本点709a和709b在图5的偏差510和/或图6的偏差610内被编码。
在一些实施方式中，可以使用内插几何模型。例如，当激光束708以比由汽车704移动706使扫描仪702位移快几个量级内的速度围绕快速旋转轴线旋转时，可以使用内插几何模型。
图8是可以由图7的可移动扫描仪702和/或由图4的方法400采用的示例内插几何模型800的示意图。在一些情况下，内插几何模型800可以使对扫描线(例如图7的扫描线710)的编码更有效。例如，当激光束708以汽车704移动706的速度的几个量级内的速度围绕快速旋转轴线旋转时，内插几何模型800可以使扫描线的编码更有效。
继续参照图7，内插几何模型800可以包括与第一框架804相关的第一平面802。第一平面802通常可以对应于图5的平面502。第一平面802和第一框架804通常可以与第一激光束位置(例如，图7的第一激光束位置708a)相关。
内插几何模型800还可以包括与第二框架808相关的第二平面806。第二平面806可以类似于第一平面802，但是相关的第二框架808可以相对于第一框架804具有不同的定向和/或位置。第二平面806和第二框架808可以与第二激光束位置(例如图7的第二激光束位置708b)相关。至少部分基于扫描仪在第一激光束位置708a和第二激光束位置708b之间的位移，第二平面806可以与第一平面802不同。该位移可能由于车辆的移动(例如图7的汽车704的移动706)而造成。
内插几何模型800还可以包括内插在第一平面802和第二平面806之间的内插几何结构810。该内插几何结构810可以针对扫描线的每个扫描点(例如，图7的扫描线710的扫描点)被内插。在一些实施方式中，内插几何结构810可以包括与内插框架(未示出)相关的内插平面(未示出)。在一些实施方式中，第一平面802、第二平面806和内插几何结构810可以基于与扫描线710的多个扫描点相关的角度。
其它几何结构可以与平面一起使用和/或代替平面而被使用。例如，通常对应于图6的圆锥610的圆锥(未示出)、通常对应于图5的单元圆柱504的单元圆柱(未示出)和/或单元球体(未示出)可以与第一平面802、第二平面806和/或内插几何结构810一起使用，和/或代替第一平面802、第二平面806和/或内插几何结构810而被使用。
再参照图4，在一些实施方式中，如在框402中的限定几何模型可以基于随机选择的扫描点的子集。例如，随机选择的扫描点的子集可以被用来确定平面、开口圆锥的表面和/或类似物是否应当在几何模型以及用于限定几何模型的坐标中被使用。另选地或另外地，该几何模型可以基于随机样本一致性(RANSAC)算法。另选地或另外地，该几何模型可以基于相关的激光扫描仪的校准数据。
参照图4和图5，方法400可以在框404处继续，从而计算表示扫描点506相对于几何模型500的偏差510的近似图案的轨迹模型。例如，该轨迹模型可以表示近似图案，扫描点506距离平面、开口圆锥的表面和/或类似物偏离了该近似图案。在一些实施方式中，该轨迹模型可以包括三阶多项式。另选地，该轨迹模型可以包括其它数学公式等。
图9例示了样本点904距离几何模型的偏差902的曲线900。该样本点用重叠轨迹模型(“高度轨迹模型909”和“方位角轨迹模型910”)由行索引来布置。曲线图900例示了在高度坐标中的样本点904偏差(“高度偏差906”)和在方位角坐标中的样本点904偏差902(“方位角偏差908”)。在一些实施方式中，可以以微弧度(uR)量度偏差902。
在一些情况下，诸如在图9中所见的锯齿状方位角偏差908可能是由于在特定的扫描仪中使用的机动化技术(motorization technology)而造成。方位角轨迹模型910可以被计算为表示方位角偏差908的近似图案。高度轨迹模型909可以被类似地计算为表示高度偏差906的近似图案。
虽然示出了高度偏差906和方位角偏差908，但另选地或另外地，可以使用更多或更少的偏差坐标和/或轨迹模型909和910。例如，可以使用分别相对于几何模型(诸如图5的几何模型500、图6的几何模型600和图7的几何模型700)被限定的单个偏差坐标(未示出)。另外，基于单个偏差坐标，可以将单个轨迹模型(未示出)计算为表示偏差902。再参照图4，且继续参照图9，方法400可以在框406处继续，从而计算与扫描点的偏差和轨迹模型之间的差相关的残差。例如，可以计算方位角偏差908和方位角轨迹模型910的残差912。
方法400可以在压缩残差的框408处继续。例如，可以压缩方位角偏差908和方位角轨迹模型910之间的残差912。该残差的值可以非常小，使得压缩至可以以弧秒(约5uR)量度的扫描仪精度的一部分可以只需每个扫描点几比特。
在一些实施方式中，在压缩前，残差可以被德尔塔(delta)编码。另选地或另外地，在压缩前，可以使用八位通用字符集转化格式(UTF-8)编码来将残差编码。另选地或另外地，在压缩前，残差可以被行程长度(run length)编码。
扫描数据可以在存储器(memory)和/或储存器(storage)中占据显著减少的空间。另外，与常规简单编码技术相比，扫描数据可以包括很少的精度损失乃至没有精度损失。在一些实施方式中，压缩的扫描数据可以是使用常规简单编码技术压缩的扫描数据大小的大约四分之一、五分之一或八分之一。
图10是可以由图1的扫描仪100执行的示例的基于模型的压缩处理1000的流程图。给定在扫描线1002中的点的集合，处理1000可以被用来压缩扫描线数据。
在框1004中，可以限定几何模型类型。可以事先限定该几何模型类型。可选地，可以至少部分基于扫描线1002限定几何模型类型。在一些实施方式中，扫描线1002或扫描线的集合可以适应于多个几何模型并且可以选择最适合的几何模型。
在框1006中，可以限定几何模型参数。该几何模型参数可以描述几何模型，在该几何模型上指示LIDAR扫描仪。例如，扫描线可以适应于平面、圆锥、圆柱、球体等或它们的任意组合，并且在空间中的点可以在极坐标中偏离几何模型。
在框1008和框1010中，扫描线1002的扫描点可以被投影于几何表面并且随后可以计算在几何模型上将点索引(本文描述为通道I 1008，或将数字指向行索引)转换为轨迹坐标的轨迹模型。例如，该轨迹模型可以是三阶多项式或其它低阶多项式。
在框1012中，可以为每个点计算针对来自框1010的轨迹模型的残差。根据压缩策略，可以在框1022处压缩点行索引(point row index)1014和/或残差1016、1018和1020。
几何和/或轨迹模型1024和几何模型外延(extent)1026可以与压缩的扫描线分量1028、1030和1032一起被存储。与行索引(I)一起示出了三个通道(A、B和C)，但是更多或更少的通道也可以是可行的。在压缩时的数据保真(损失)可以针对每一个模型和每一个通道中的常量来匹配。
在一些实施方式中，更多的压缩可以是可行的，其中，潜在地由于较慢的时标(time scale)机械处理，从扫描线到扫描线可预测几何和/或轨迹模型以及几何模型外延。仅压缩扫描线分量可以允许快速访问点数据，因为针对每一条扫描线的模型和外延均是可用的。为了搜索体积中的点，可以首先搜索模型和外延。如果扫描线包含相关的点，则可以不压缩残差。与不压缩所有残差相比，在一些实施方式中，只有关于被搜索的点的那些残差不需要压缩。
图11是可以由图1的扫描仪100执行的另一示例压缩处理1100的流程图。该处理1100可以被描述为几何模型列索引模型。在一些实施方式中，创建或估计几何模型参数不一定针对每条扫描线进行或者不一定与每条扫描线1102一起被存储。相反，可以根据行索引估计用于几何(G)模型的模型。可选地，还可以根据行索引估计参数(P)模型。该参数模型通常可以对应于参照图4描述的轨迹模型。
几何模型可以是列索引的缓慢变化的函数并且可以用所有的扫描线模型或者用扫描线模型的子集来估计。扫描线压缩可以用列索引生成的几何结构而不是通过扫描线几何模型计算扫描线来完成。
图12是示例的空运激光扫描仪1200的立体图。用于测量的空运激光扫描仪1200可以跨飞行路线1204快速扫掠激光束1208。扫描数据可以被划分成扫描线1206。空运激光扫描仪1200可以包括承载扫掠激光束1208(例如，LIDAR)的航空器1202。航空器1202飞行路线1204的时标相对于激光束1208移动的时标可以允许每一条扫描线被类似于本文描述的几何模型的几何模型建模。可以从点数据的单个扫描线506、来自飞行线路1204的中心和/或激光(LAS)文件格式存储的偏转角度推导出平面或圆锥。
几何模型可以适应于由空运激光扫描仪1200收集的扫描线数据组。在一些实施方式中，可以为LAS格式给出大于1.1的每一个点的时间以作为全球定位系统(GPS)时间。圆柱的中心是可以在编码时被潜在推导出的航空器1202的位置。可以从所存储的角度推导出航空器1202的位置，并且如果多个返回点可用，则可以完善航空器1202的位置。没有多个返回点的情况下，可以发现在扫描线的边缘1206处的点，并且从所存储的角度可以推导出至航空器1202中心的距离/高度。在包括多个返回点的情况下，多个返回点可以位于相同的线上，并且不同的多个返回的相交可以被用来确定航空器1202的近似中心。因为可以存在多个返回，所以行索引的映射可以被编码。
图13是可以与数据的扫描线相关的示例时间变化的曲线图1300，所述数据可以由图12的空运激光扫描仪1200收集。针对扫描线编码GPS时间戳(行索引，Ir)可以是紧凑的，因为大部分点可以具有时间变化的三分之一的值。具有为0的值的时间变化可以是多个返回。
图14是沿空运激光扫描仪1200数据的单条扫描线1206的高度(扫掠)和方位角编码的示例建模的扫描数据1400的曲线图。编码的残差可以远小于激光束1208的尺寸，因为50uR可以近似对应于地面上的4cm。
在图13和图14中，航空器1202的中心约八百(800)米高，并且LIDAR镜是四参数振荡驱动模型，而不是三次曲线(cubic)。旋转多边形可以适于类似于地面激光扫描仪的三次曲线。可以酌情选择低参数模型和残差压缩技术。
本文描述的实施方式可以包括使用包括各种计算机硬件或软件模块的专用计算机或通用计算机，如下文更详细描述。
可以使用用于承载或具有其上所存储的计算机可执行指令或数据结构的计算机可读介质来实现本文描述的实施方式。这种计算机可读介质可以是可由通用计算机或专用计算机访问的任何可用介质。例如但非限制地，这种计算机可读介质可以包括有形的计算机可读存储介质，所述有形的计算机可读存储介质包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、光盘只读存储器(CD-ROM)或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁存储装置、或者可以用来承载或存储计算机可执行指令或数据结构形式的所期望的程序代码并且可以由通用计算机或专用计算机访问的任何其它存储介质。上述的组合也可以被包括在计算机可读介质的范围内。
计算机可执行指令例如包括使通用计算机、专用计算机或专用处理装置执行特定功能或功能的组的指令和数据。虽然已经用专用于结构特征和/或方法行为的语言描述了本主题，但是应理解，在随附权利要求书中限定的主题不必限于上述特定的特征或行为。而是，将上述特定的特征和行为公开为实施权利要求的示例形式。
本文使用的术语“模块”或“部件”可以是指在计算系统上执行的软件对象或程序。本文描述的不同部件、模块、工具和服务可以被实现为在计算系统上执行的对象或过程(例如，单独的线程)。虽然本文描述的系统和方法优选实现在软件中，但是实现在硬件或软件和硬件的结合中也是可行的和想得到的。在本说明书中，“计算实体”可以是任何如本文之前限定的计算系统，或在计算系统上运行的任何模块或模块的组合。
在不偏离本发明的精神和必要特征的情况下，本发明可以被实现为其它特定的形式。所述实施方式在各方面应被认为仅是例示性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求书而不是以上描述来表明。来自权利要求书的等同意义和范围内的所有变型都将被包含在权利要求的范围内。

Claims (11)

1.一种基于模型的扫描线编码的方法，该方法包括以下步骤：
限定用于描述扫描的扫描线的几何模型，所述扫描线包括在扫描装置的扫掠期间收集的多个扫描点，所述几何模型相对于在所述扫描装置的机械扫掠期间收集的所述扫描装置的机械驱动分量描述所述扫描线，其中，由于所述扫描装置的错位或偏移，所述多个扫描点相对于所述几何模型偏离；
计算轨迹模型，所述轨迹模型表示所述多个扫描点相对于所述几何模型的偏差的近似图案，其中，由于所述扫描装置的错位或偏移而导致的所述偏差通过将所述多个扫描点与所述几何模型相比较来确定；
计算多个残差，其中，所述多个残差中的每一个代表所述多个扫描点中的单个扫描点的偏差和表示所述多个扫描点相对于所述几何模型的偏差的近似图案的所述轨迹模型之间的差；以及
压缩所述多个残差。
2.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：
存储所述几何模型；
存储所述轨迹模型；以及
存储所述多个残差。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，限定所述几何模型至少部分地基于以下各项中的一个：
随机选择的所述多个扫描点的子集；
随机样本一致性RANSAC算法；和
扫描仪的校准数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述扫描还包括包含所述扫描线的多条扫描线，所述方法还包括至少部分地基于所述几何模型和所述轨迹模型或者针对所述几何模型和所述轨迹模型的低阶适配模型生成所述多条扫描线的扫描索引，所述扫描索引被配置为定位所述多个扫描点中的期望的扫描点的子集。
5.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括通过所述多个扫描点中的每一个的测距分量划分所述多个扫描点中的每一个。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述几何模型包括平面、圆锥、圆柱、球体或它们的任何组合。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述几何模型包括多个几何结构，所述多个几何结构中的每一个与所述多个扫描点中的单个扫描点相关，所述多个几何结构中的每一个至少部分地基于相关的单个扫描点。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述几何模型包括：
第一几何结构，其与所述多个扫描线扫描点中的第一扫描点相关；
第二几何结构，其与所述多个扫描线扫描点中的第二扫描点相关；以及
内插几何结构，根据所述多个扫描线扫描点中的一个或更多个扫描线扫描点，该内插几何结构被内插在所述第一几何结构与所述第二几何结构之间。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，
所述第一几何结构至少部分地基于与所述第一扫描点相关的第一角度；
所述第二几何结构至少部分地基于与所述第二扫描点相关的第二角度；以及
所述内插几何结构至少部分地基于与所述一个或更多个扫描线点相关的一个或更多个角度。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，在压缩前，所述多个残差被德尔塔编码、被行程长度编码或者使用八位通用字符集转化格式UTF-8编码来进行编码。
11.一种基于模型的扫描线编码的装置，该装置包括：
用于限定用于描述扫描的扫描线的几何模型的装置，所述扫描线包括在扫描装置的扫掠期间收集的多个扫描点，所述几何模型相对于在所述扫描装置的机械扫掠期间收集的所述扫描装置的机械驱动分量描述所述扫描线，其中，由于所述扫描装置的错位或偏移，所述多个扫描点相对于所述几何模型偏离；
用于计算轨迹模型的装置，所述轨迹模型表示所述多个扫描点相对于所述几何模型的偏差的近似图案，其中，由于所述扫描装置的错位或偏移而导致的所述偏差通过将所述多个扫描点与所述几何模型相比较来确定；
用于计算多个残差的装置，其中，所述多个残差中的每一个代表所述多个扫描点中的单个扫描点的偏差和表示所述多个扫描点相对于所述几何模型的偏差的近似图案的所述轨迹模型之间的差；以及
用于压缩所述多个残差的装置。
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