CN106127665A - 扫描方法和具有扫描功能的测量系统 - Google Patents

Abstract

扫描方法和具有扫描功能的测量系统。一种用于特别是激光扫描仪或全站仪的具有扫描功能的测量系统导出与物体的表面有关的信息的扫描方法，该测量系统包括控制与评估单元，其中，被检测的物点的记录的点集在该控制与评估单元的易失性存储器中保持可用，并且借助于该控制与评估单元，作为扫描处理的一部分，根据所记录的点集的至少一个点密度来实现记录的点集的调节。将由此生成的经调节的点集与所记录的点集的损失存储在永久性存储器中。

Description

扫描方法和具有扫描功能的测量系统

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于具有扫描功能的测量系统导出与物体表面有关的信息的扫描方法，并且涉及根据权利要求15的前序部分的具有扫描功能的测量系统。

背景技术

3D扫描是一种用于在几分钟或几秒钟内生成物体的数百万空间测量点的非常有效的技术。典型测量任务是记录诸如工业厂房，房屋外观或历史建筑的物体或其表面，但也记录事故现场和犯罪现场。具有扫描功能的测量装置例如是诸如Leica P20或Leica Multi Station 50的全站仪和激光扫描仪，被用于测量或创建表面的3D坐标。为此，它们必须能够在表面上引导测距装置的测量射束，并且同时在该过程中必须能够检测关于测量点的方向和距离。根据与每个点相关的距离和方向信息，借助于数据处理来生成所谓的3D点云。

就功能性结构而言，这种地面扫描仪因而被设计成利用通常是基于光电和激光的测距装置来检测至作为测量点的物点的距离。在这种情况下，同样存在的方向偏转单元按这样的方式来设计，即，测距装置的测量射束按至少两个独立空间方向偏转，作为结果，可以记录空间测量区域。该偏转单元可以采用移动镜子的形式来实现，或者另选地还通过适于光学辐射的受控角偏转的其它部件(举例来说，如可旋转棱镜、可移动光波导、可变形光学组件等)来实现。该测量通常利用距离和角的确定(就是说，按球面坐标)来实现，还可以变换成笛卡尔坐标以供显示和进一步处理。该测距装置例如可以根据飞行时间(TOF)、相位、波形数字化仪(WFD)或干涉测量的原理来具体实施。对于快速且准确的扫描仪来说，特别需要短测量时间与高测量精度相结合，例如，毫米(mm)或小于毫米范围并且单个点的测量时间在亚微秒到微秒的范围内的距离精度。在这种情况下，测量区域范围从几厘米直至几千米变动。

在这种情况下，空间测量分辨率具有特殊的重要性。空间测量分辨率不仅确定什么细节仍可被识别，而且还确定扫描处理的持续时间和在该处理中获取的数据的量。利用现代高速扫描仪的测量项目生成具有例如数亿或数十亿和更多物点的基数的3D点云。与此相关联的海量数据的存储、传送和处理向硬件和软件提出了极大挑战。例如，用于评估3D数据的程序的执行速度在很大程度上取决于扫描点的数量。因此，如果仅记录与相应测量任务实际相关的那些点或数据，将是有利的。

然而，与此相反，在根据现有技术的扫描处理的情况下，所获取的数据量不必要地膨胀。在根据现有技术的扫描仪的情况下，尝试借助于具有相等步长的角偏转来实现由用户针对预定距离预定的点距离，即，预定启动，就是说，在所有情况下，按相同的角距离启动距离测量。然而，只有当扫描仪位于球面的中点，才能在要测量的所有表面上实现期望的点距离。事实上，实际根据物体表面的距离和对准，出现发散点距离，包括极其小的点距离，并由此包括测量装置的附近区域中的极端点密度，特别是在顶点处和安装位置周围。尤其是，这些附近区域测量点通常根本不是关注点，例如，因为测量环境的地面和天花板不构成要测量的物体。

额外的数据负担(data ballast)由这样的事实产生，即，在非常小的测量距离的情况下，由于所限定的角距离，附近区域中的点距离可能比测量射束的直径小，因而这种点距离导致多余测量，并因此即使在固有希望测量物体的情况下，也不带来空间分辨率方面的任何增益。而且，在扫描期间，在某种程度上，生成点，尽管这些点固有地在空间分辨率方面是有利因素，但仍然通常构成不必要的数据，因为它们未产生信息方面的真实增益。这例如涉及(未弯曲)平面上的点，因为三个点就足以理想地限定平面(不依赖于直线)，为此，相对较小的点密度在这种区域中就足够了。

因此，关于数据量以及扫描持续时间，以最高可能分辨率来检测扫描区域通常是不必要且低效的，并因此是不期望的。另一方面，结果，在某些情况下，根据至扫描仪的距离和所选的设定点分辨率，以这种低空间分辨率(存在信息不足)来扫描高度相关的区域。特别高度相关的这种区域例如是边缘、弯曲面或其它形状变化。令人期望的是，按照与3D点云的其它区域相比具有3D点之间的增加的点密度或减小的距离的有针对性的方式来扫描这种高度相关物体位置减距离来扫描，以便使这些以尽可能多的细节来成像。

现有技术公开了大量方法，根据这些方法，在后期处理中，在测量结束并利用外部强力计算机之后，例如可以通过过滤、平滑或插值来处理3D点云的数据。然而，例如，在3D点的准确度方面的计算增加仅在有限程度上可能或有帮助，例如，因为诸如物体边缘的不连续位置的轮廓仍保持推测的。而且，不利的是，过多的数据还必须加以存储直到那时并处理，使得在后期处理终止之前例如由测量装置的数据处理能力或用于数据传递和处理的时间花费所构成的要求仍然保持非常迫切。

相比之下，WO 2013/12826公开了一种供固定式激光扫描仪进行实时(即，实际上在扫描过程中的数据记录期间)数据处理的方法。这涉及在扫描过程中执行将3D原始数据按区域分段成个别层，其中点阵结构穿过这些层以相应地单独编码至表面点的测量组件距离、测量射束的对准角和所接收的测量辐射的强度二者。用于数据变换和压缩的编解码器优选为用于距离和对准的ZIP压缩算法和用于强度的JPEG压缩算法。对于强度来说，WO 2013/12826的公开考虑了数据压缩，其与信息或精度的部分损失相关联，如同在利用JPEG压缩算法时的情况一样。相比之下，WO 2013/12826的公开明确教导，在不损失信息或精度的情况下，实现另一分量(距离、角)的压缩，举例来说，如在基于ZIP算法的压缩的情况下。换句话说，所执行的是数据(除涉及强度的数据以外)的无损存储，并因此不缩减实际意义上的数据。就是说，不利的是，不必要或不希望的数据不被整理，相反，仅通过对数据的熟练组织和压缩来缩减要存储或传递的数据的量。WO 2013/12826仅针对扫描速度未最佳地与数据的分段相协调的情况而公开了整理扫描点，使得在不进行整理的情况下，例如，如果一行结构点阵因过低的扫描速度而另外被双重填充，那么将会干扰数据组织结构。该扫描数据由此适于用于数据分段的点阵结构，而该点阵结构仍保持严格固定。除了这种例外以外，即，对于最佳或无错扫描的情况来说，存储在只读存储器中的3D点的最终数据就内容而言对应于直接记录的点数据。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于具有扫描功能的测量系统的改进扫描方法。

本发明的另一目的是精确地提供这样一种扫描方法，即，在该方法中，可以实时且有针对性的方式影响扫描的信息内容。

本发明的另一目的是精确地提供这样一种扫描方法，即，通过该方法，可以按有针对性的方式来影响扫描数据的量。

本发明的另一目的是精确地提供这样一种扫描方法，即，通过该方法，可以在现场查明并改进的缺乏的扫描区域或关注区域。

本发明的另一目的是精确地提供这样一种扫描方法，即，在该方法中，可以在扫描区域上协调扫描的分辨率。

另一目的是提供一种具有用于执行这种方法的扫描功能的测量系统。

该目的通过实现独立权利要求书的表征特征来实现。按另选或有利方式发展本发明的特征可以根据相关专利权利要求书并且还根据包括对附图的描述的说明书来收集。除非另外加以明确规定，本文档中例示或者按某一其它方式公开的本发明的所有实施方式都可以彼此组合。

本发明涉及一种用于具有扫描功能的测量系统导出与物体的表面有关的信息的扫描方法，该测量系统包括控制与评估单元。这种测量系统的优选示例是激光扫描仪或全站仪。由借助于测量射束(例如，激光束)检测到的被检测物点所组成的点集的第一记录借助于扫描处理来实现。在这种情况下，通过根据已知的第一扫描模式和扫描区域连续改变所述测量射束的对准来扫描一个或多个物体，其中，确定至所述物点的相应距离和为了距离测量而发射的所述测量射束的相应对准。根据本发明，被检测物点的所记录的点集(就是说，扫描区域中的物体的所有扫描点的总数)在所述控制与评估单元的易失性存储器中保持可用。在借助于控制与评估单元存储在永久性存储器中之前，作为所述扫描处理的一部分，实现所记录的点集的调节，作为调节(具体为缩减)的结果，生成经调节的点集。在这种情况下，根据所记录的点集的至少一个点密度来实现所述调节。仅将所述经调节的点集连同所记录的点集的最终损失一起存储在所述永久性存储器中。

因此，根据所述方法，所记录的点集在被实际永久性存储其之前调节，因而，本发明是一种实时方法。换句话说，根据本发明，根据直接生成的点集来生成经调节的点集，其中，仅永久性存储经调节的点集。作为执行调节所基于的标准，这里使用所记录的点集的点密度，即，整个扫描区域或其部分(就是说，单个子区域)的被扫描物点的密度。

所述调节包括根据点密度对所记录的点集的任何改变。优选地涉及缩减，使得与所记录的点集相比，缩减了所述经调节的点集，作为结果，所述经调节的点集具有比所记录的点集少的数据，并且必须存储在只读存储器中的数据的量由此比没有应用调节的情况小。所述调节优选地在测量数据获取期间已经实现。

所述调节例如通过根据预定选择标准，在所述扫描区域的至少一个预定局部区域内，调节所述点密度本身来实现，例如通过稀疏化和/或平均化来缩减。这种子区域例如是激光扫描仪的天底(nadir)中或周围的区域，例如，在+30°至-30°角内。在非常靠近激光扫描仪的该区域中，点密度通常特别高，其中，这种区域同时通常很少受测量任务所关注，因为扫描仪所位于的地面在正常情况下实际上不需要扫描。因此，在该局部区域内，例如基于物点的次序来实现简单稀疏化，例如，通过根据选定分辨率和由此的角步长大小，仅保持扫描线的每第五或第十物点，而放弃其余部分。因此，例如，仅将每第五或第十扫描点包括在所述经调节的点集中，并且最终擦除该区域的剩余物点。另选的是，举例来说，查明该局部区域的全部或一部分物点的平均值，并且将平均值代替所记录的点地记录在所述经调节的点集中。随着从开始就应用这种“不关心地”限定的调节标准，因此不必明确地确定子区域的所记录的点集的点密度。这是可能的，而不存在极大的不确定性，因为至围绕天底的这种子区域中的物体(就是说，主要指地面)的距离仅改变很少，并因此，点密度实际上相对于预定的设定点分辨率仅呈现很少波动或者实质上可以认为是先前获知的。

另外或另选地，所述调节根据所记录的点集的至少一个点密度指示符(indicator)来实现，作为所述扫描处理的一部分，所述至少一个点密度指示符基于所确定的距离和对准来查明。所述点密度指示符可选地被尽快查明，即，已经在所述扫描处理期间与所述扫描区域的已检测物点或扫描的局部区域有关地实时查明。作为另一选项，所述点密度指示符基于所检测的物点之间的估计的空间距离，其中，所述点距离例如基于至物点的距离和所述测量射束相对于所述物点和邻近物点的两个对准之间的角来查明。所述点密度指示符例如被用于逐个点或逐个区域地检查是否超出先前针对所述点密度限定的最大值，就是说，在所述扫描区域的位置处存在被视为不必要地高的分辨率。举例来说，用户在10m处希望20mm的分辨率，但基于所述对点密度指示符，在一个或多个区域中确立了超出该分辨率的10m处的5mm分辨率。在这种情况下，就是说，当超出该最大或限制值时，例如通过平均化或稀疏化(就是说，省略物点)来实现与对应点或区域有关的、采用缩减点集形式进行的所记录的点集的调节。在这种情况下，针对整个扫描区域实现所述调节，或者所述扫描区域被分解成多个单独区域，或者整个记录的点集被分解成多个单独点集，并且在所有情况下针对单独区域分开执行所述调节。这种情况下，要被放弃或擦除的点的数量可选地与相应局部区域的大小成比例地限定。作为另一选项，在所述调节中，考虑另外的标准或参数，举例来说，诸如相应物点的测量值的质量，例如，其信噪比。在这种情况下，不将具有差信噪比的物点包括在所述经调节的点集中，或者优选地保持具有特别好的信号的点。

作为另一选项，实现确定表示彼此邻近的物点的邻域集。在所有情况下，邻近物点例如是彼此之间具有最小距离的两个物点，或者相对于一物点具有低于某一限值的距离的所有物点，或者相对于选定的物点具有最小距离的特定数量的物点，就是说，例如，具有三个最小距离的三个物点。

作为另一选项，基于所述邻域集，估计物体表面及其关联表面法向(surfacenormal)，即，执行一种实时几何识别，例如，通过穿过邻域集的所有点放置的数学平面，或者根据其它近似方法。所述表面法向可选地在查明所述点密度指示符时使用，例如，通过随其计算相应估计的表面相对于所述测量射束的对准。利用该查明的对准，与所述测量射束的距离和方向一起，根据与仅使用距离和所述测量射束相对于两个邻近物点的两个对准之间的角相比显著更准确的该表面的相对位置，相当精确地确定表面上的分布、点之间的距离以及表面的点密度。举例来说，接着使用所估计的每表面的点密度或者多个表面的平均点密度作为所述点密度指示符。

在根据本发明的方法的一个展开例中，确定用于被扫描的物点的信息增益指示符，该指示符指示在借助于所述相应物点获取的、有关相应物体的表面的信息方面的增益。换句话说，这种信息增益指示符是每一个物点或者例如物点的邻域集有关其携带(贡献)什么信息内容的测量或估计。在这点上，(不弯曲)平面的物点的信息值相对较低，因为平面通过少量的点(理想上仅三个点)足够准确地获知。相比之下，在贯穿大部分或全部被检测点的弯曲表面的情况下，信息方面的增益相对较高，因为完全更准确地知道任意弯曲表面，就有更多的点就被其所覆盖。同样地，物体的间断或角部或边缘处的点对于导出有关物体的信息来说具有极大的重要性，并由此具有高信息增益指示符。该信息增益指示符可选地在扫描期间实时针对已扫描物点查明，并且可选地基于如上所述的估计的物体表面来查明，具体根据邻域集的物点与针对其估计的物体表面相对的法向距离(normal distance)的方差。该法向距离的高方差是对高信息增益指示符的指示，因为其表示根据邻域集估计的表面表示该邻域的点的高度平均化，并且这些点由此例如位于间断区域或弯曲/边缘中。

作为选项，所记录的点集的调节根据信息增益指示符来实现，例如，通过将信息增益指示符超出预定域值的这种点被作为所述经调节的点集的一部分传递到所述永久性存储器中。相比之下，对于具有低信息增益指示符或者信息增益指示符等于零的物点来说，至少将这些物点中的一些抹去，作为结果，缩减了所述经调节的点集的点密度，而未损失有关物体表面的(显著)信息。另选或者另外地，如上所述，基于点密度指示符来实现调节，其中，另外，通过擦除固定数量的点来缩减具有非期望地高的点密度的区域中的点密度，并且在这种情况下按有针对性的方式来保持具有高信息值的点。因此，在根据本发明的信息增益指示符的辅助下，可以在所述扫描区域的信息丰富的部分中，按有针对性的方式将点密度保持得高，同时可以在具有较少信息或相关区域中极大地缩减，作为结果，必须将较少的数据传递到永久性存储器中。一般来说，平均化或插值在废弃点之前可选地实现，作为结果，这些点的信息未完全丢失，而是按缩减的形式保持。

在根据本发明的方法的一个展开例中，实现从所述扫描区域中选择至少一个关注区域。所述选择根据所述点密度指示符和/或信息增益指示符来实现。在这种情况下，基于所述点密度指示符和/或信息增益指示符，可选地逐个区域地进行检查，以确认针对相应区域，是否实现预定最小点密度，和/或是否超出所述信息增益指示符的预定阈值。由此，举例来说，具有特别高或低的点密度和/或信息内容的区域可以被识别，并且例如在所述测量系统的显示器上向现场用户显示。这例如使能指示错误扫描或不完整扫描，或者将所记录点集调节成这样的效果，即该关注区内的点密度按有针对性的方式调节，具体来说，点密度在具有显著低的点密度的区域的情况下增加。举例来说，其由此还可以通过在某些位置增加并且对应地在其它位置降低的点密度，以所争取的特定波动范围，匹配或协调整个扫描区域或局部区域上的点密度。

而且，根据本发明的实际上在现场选择关注区域使得可以利用比所述第一记录中高的分辨率或小的角步长，通过物点的有针对性的第二记录来增加点密度或者分辨率或者表面信息的详细程度。因此，在根据本发明的方法的一个展开例中，根据第二扫描模式和第二扫描区域来实现第二记录，其中，所述第二扫描区域根据特别是与其相对应的关注区域(ROI)来限定，并且所述第二扫描模式是比所述第一扫描模式更密集的网状(closer-meshed)。在这种情况下，所述第二记录可选地自动实现。在这种情况下记录的所述物点在调节所述(原始)记录的点集方面被加以考虑，例如，除了相关区域的初始检测到的物点以外或作为相关区域的初始检测到的物点的另选，将它们插入到所述经调节的点集中。

因此，根据本发明的方法提供了使得实际上可以现场对扫描结果进行有针对性的改进的优点。结果，可以避免在扫描结果中出现非常重要但点密度或分辨率低于用户希望的分辨率的区域的情况。依靠根据本发明的方法，特别相关的区域(例如，具有极不规则表面或许多转变的那些区域)可以以高分辨率或者以最高可能分辨率，按有针对性的方式来扫描。这是特别有利的，因为根据现有技术的在整个扫描区域上的高分辨率扫描(就是说，没有具体选择关注区)非常耗时并且生成不必要的大量数据。而且，有利的是，借助于根据本发明确定关注区域，因此，即使经验较少的用户也可以按有针对性的方式来获知测量实施方式的特别相关的区域，或者在扫描任务中被引导，或者在所述点集的完全自动的调节的情况下，自动消除所述点集中的、值得改进的较弱的点或区域，并由此自动最优化扫描结果。

一般来说，根据本发明的方法提供了这样的优点，即，使能最优化实际上要现场存储的点集，可以说是“立即(on the fly)”进行。具体来说，依靠这样的事实立即消除不必要的数据负担，即，仅永久性地记录实际上与用户相关的那些点或数据，或者与已知方法相比，至少严格限制了不相关或不是非常相关的点或数据的程度。举例来说，通过擦除许多地面点而极大地稀疏化点密度，可以避免激光扫描仪的地面区域中的过度增加的点密度。因此，针对只读存储器的需求或者由硬件和传送容量或传送时间所导致的要求从开始就被缩减，而利用根据现有技术的方法，仅可以借助于后期处理(即，之后)来缩减数据。根据本发明的方法使能更划算且更有效地完成扫描任务或者进一步处理在该处理中获取的数据。

而且，本发明包括计算机程序产品或通过电磁波具体实施的计算机数据信号，其包括用于控制或执行根据本发明的方法的程序代码。

本发明另外涉及一种具有扫描功能的测量系统，特别是激光扫描仪或全站仪。所述测量系统包括控制与评估单元。在这种情况下，根据本发明，所述控制与评估单元被设计用于执行根据本发明的扫描方法。

附图说明

下面，基于在附图中示意性地例示的实施方式和应用处理，对根据本发明的方法和根据本发明的装置进行更详细描述。

具体在图中：

图1示出了测量系统与扫描物体的侧视图；

图2示意性地示出了根据本发明的扫描方法的第一示例；

图3a和图3b示意性地示出了查明点密度指示符的示例；

图4a、图4b和图4c示意性地示出了查明物体表面法向的示例；

图5a和图5b示意性地示出了查明信息增益指示符的示例；

图6示意性地示出了根据本发明的扫描方法的第二示例；并且

图7示意性地示出了根据本发明的扫描方法的一个展开的示例。

具体实施方式

图1按侧视图示出了测量系统52，例如，被设计为包括控制与评估单元的自动全站仪或者激光扫描仪。测量系统52借助于测量射束51(例如，激光束)，扫描限定的扫描区域7内的、其测量环境的物体3a、3b，测量射束51的对准或瞄准方向根据第一已知扫描模式而连续改变。由此，检测到单个物点2，其中，确定了至物点的相应距离D以及测量射束51关于两个测量轴或两个角的相应对准。由此，扫描处理生成包含与被扫描的物体3a、3b的表面有关的三维信息的点集。然而，为简化起见，图1中的例示仅是二维的，因此描绘了被扫描的物点2的线性布局来代替实际的区域分布，并且仅描绘了仰角α作为两个对准角之一。

在现有技术的测量系统52的情况下，测量射束51的对准的连续变化以相等步长来实现，其中，步长例如可通过用户预定(在某些限值内)，例如，通过所述用户限定期望的点密度ρ，例如，旨在实现在30m距离处的1cm的空间分辨率，即，扫描点2之间的距离a。控制与评估单元根据这些规定导出所需的角步长。

由于真实的测量条件，因而该情况使得在均匀改变例如仰角α的情况下，物点之间的距离a取决于测量装置52与物体3a、3b之间的距离D并且取决于物体3a、3b相对于测量装置52或测量射束51的对准。在这点上，在图1所示配置中，物点之间的距离a随着距离D而增加至渐增的程度。实际上这样实现的点密度ρ1、ρ2随着距离D以及物体表面的相应表面法向N、N'相对于测量射束51的对准而改变。在这点上，在扫描区域7的两个示例性局部区域中，(相对)高(平均化)的点密度ρ2呈现在测量系统52的天底处的附近区域中，而(相对)低(平均化)的点密度ρ1呈现在较远区域中。

针对物体3a实现相对高的点密度ρ2和由此相对高的分辨率，物体3a是测量系统52所位于的地面。然而，精确地讲，扫描区域7的这种地面区域通常与测量任务最不相关，使得由此获取的数据或所记录的点集的部分至少部分构成不必要的数据负担。相比之下，对于较远但相关的物体(例如，位于更后方的物体3b的部分)来说，所设置的期望分辨率可能太低，使得未以足够程度的细节来扫描这些物体。这仅可以通过从开始就设置高的或较高的分辨率来避免，但如之前所解释的那样，这使得附近区域中的数据负担进一步膨胀。在这种情况下，根据预定测量设置，甚至可能发生激光扫描仪的位置处的绝对附近区域10中的点距离a小于测量射束51的直径这样的情况，结果，由此生成的数据或点由于冗余而额外地过剩。根据现有技术的扫描方法的不利之处在于不允许直接“抛弃”这种数据负担，而是相反将不希望的点或数据像所有其它点或数据一样永久性地存储在永久性存储器中，并且可能仅在后期处理中在扫描处理终止的之后删除。换句话说，在现有技术中，所记录的点集被完整传递至只读存储器。

图2示意性地示出了根据本发明的扫描方法。通过上述借助于测量射束扫描物体而获取的记录的点集4a从测量装置的扫描模块50传递到测量系统的控制与评估单元5的易失性存储器6中。在该示例中，记录的点集4a包含具有相对较低的点密度ρ1的第一区域8和具有相对较高的点密度ρ2的第二区域9。与该示例中的低点密度ρ1形成对比，高点密度ρ2被视为过高(例如，因为其属于围绕激光扫描仪的地面的区域)，或者大于先前限定的设定点点密度或者大于先前针对该点密度限定的最大值。

因此，由于第二区域9的点密度ρ2被缩减至低点密度ρ2'，记录的点集根据点密度调节。在该示例中，通过省略每个第二物体或扫描点2，将第二区域9中的点集稀疏化来实现缩减。另选地，点密度的缩减可以通过平均化或者根据所查明的物点2彼此的距离来实现。经调节的点集4r通过调节生成。在该示例中，与记录的点集4a相比，经调节的点集4r具有总体较低的点密度，其中，调节还按这样的方式来实现，即，所有区域8、9具有相同的点密度：p2’＝ρ1。

经调节的点集4r被存储在永久性存储器7中，在该示例中，永久性存储器7同样作为控制与评估单元5的部分。相比之下，记录的点集4a未发现进入永久性存储器7的入口，结果，因为记录的点集4a被仅存储在预备缓冲存储器6中并由此是临时性的，记录的点集4a最终在调节或扫描处理终止之后丢失。该示例中例示的调节构成对记录的点集的缩减，结果，与记录的点集4a所需要的存储空间相比，经调节的点集有利地需要只读存储器7中的较少存储空间。

作为选项，取决于点密度的调节根据点密度指示符来实现。该点密度指示符表示对记录点集的某个位置或区域的点密度的测量。

图3a和图3b示出了根据本发明的点密度指示符的示例及其查明。在图3a中，针对物体3b的每一个单独的物点2，至物点2的最近邻居的距离a1-a4通过形成发射测量射束51时的仰角α的角差或角步长Δα与相应距离D1-D4的比来估计。接着，估计的距离a1-a4被用作点密度指示符。代替仅利用至物点2的最近邻居的距离a1-a4，另选地使用至限定数量的最近邻居和/或一物点在限定圆圈内的最近邻居的距离。作为另一另选例，代替针对单独的物点2来查明，还可以针对扫描区域7的限定的单个区域或限定数量的物点2逐个区域地查明点密度指示符。

图3b示出了根据本发明的查明点密度指示符的改进变型例。与根据图3a的过程相比，还按如下参照图4a、图4b和图4c描述的方式确定与测量射束51的对准相对地对准物体3b的表面或其表面法向N，并且所述对准被用于查明点密度指示符。通过考虑表面或表面法向N相对于测量射束方向的相对对准，比根据图3a的方法更准确地确定相应的点距离a1-a4。结果，呈现具有较高质量的点密度指示符，基于该点密度指示符，可以更精确地或者以更准确的拟合来执行调节。

图4a、图4b和图4c示出了基于邻域集在被检测到的物点的辅助下查明表面法向N的示例。如在先前示例中那样，该例示是简化的二维侧视图。针对相应物点2a，确定邻域集11，邻域集11表示与物点2a相邻的多个物点(图4a)。在该示例中，相对于物点2a的距离a小于预定的最大距离a'的那些物点2b被视为与邻域集11相关联。对应地，在该示例中，物点2c不属于邻域集11，因为它们相对于物点2a的距离大于最大距离a'。另选地，基于其它标准来限定邻域集11，举例来说，如相对于物点2a具有最小欧几里德距离的点的一组限定基数。

随后，基于邻近物点2a和2b的邻域集11来估计表面或平面12(图4b)。该表面查明例如通过根据本领域技术人员已知的数学方法，基于物点2a和2b来拟合平面12来实现。最后，计算平面12的表面法向N(图4c)。如果对表面的估计不是借助于确定数学上精确的平面来实现的，相反是借助于某个其它建模来实现的，则表面法向N例如是多个单个表面法向的平均值。

图5a和图5b示出了根据本发明的方法的一个展开例。单个扫描物点与所需求的与物体表面有关的信息的相关性不同。因为不位于直线上的三个点例如足够用于明确限定平面，所以扫描点2a-2c中的两个(关于图4a中例示的二维)在根据图4a的示例中就足够用了。物点2a-2c中的其余点并未带来与表面12有关的信息的任何增益(参见图4b)。因此，可选地确定信息增益指示符，其表达单个物点或者物点集或组的相关性。

图5a例示了五个物点2a-2e，其中，与图4a-4c形成对比，所述物点并不全部沿直线定位，而相反是分开的。因此，在参照图4a、图4b和图4c描述的过程之后获得三个估计的表面12a-12c。此后，确定了相应点2a-2e相对于与其相关联的平面12a-12c的(法向)距离。因为物点2c位于边缘处，所以物点2c以及邻近的点2b与2d具有相对较大的法向距离13。相比之下，物点2a-2c相对于表面12a具有较小的法向距离或理想地没有距离(后者因此未加以描绘)，这是因为物点2b位于表面12a的“中间”。这相应地应用于平面12c和彼此邻近的关联的物点2c-2e。

图5b示意性地示出了相应的信息增益指示符G。相对于图5a的平面12b，点2b-2d具有较高的信息增益指示符G。相比之下，点2a-2c相对于平面12a的和点2c-2e相对于平面12c的相应信息增益指示符G相对较小，或者与例如根据信噪比导出的最小值或域值14有关地，可忽略。在这种情况下，相应的信息增益指示符G或者例如直接从相应的法向距离导出，或者考虑与相应表面相关联的物点的法向距离的方差而导出。

图6示出了在记录的点集4a的调节中考虑根据图5a和图5b查明的信息增益指示符G的示例。图6类似于图2。在这种情况下，第二区域9中的物点被指配给根据图5a的物点2a-2e，其中，该区域中的每一行都对应于进入到图5a的绘制平面中的相应物点(例如，2a)的重复。换句话说，物点2c-2e的行与来自图5a的表面12c相关联，具有物点2a-2c的线与表面12a相关联，而点2c的行对应于这两个表面之间的边缘。在该示例中，第一区域8中的扫描点2同样被视为与表面12a相关联。

在根据图2的记录的点集4a的调节的变型例中，现在还根据信息增益指示符来实现。因为如参照图5a和图5b所述，点2a和2e的信息增益指示符到处都很小或者等于零，与根据图2的方法形成对比，所有这些点都不被接受到经调节的点集4r中。扫描点2b-2d具有(至少与至少一个表面有关)高信息增益指示符，为此，这些点被包括在经调节的点集4r中。作为选项，在这种情况下，如图6所示，通过擦除每个第二列，还在具有高信息增益指示符的点内附加地实现稀疏化，这是因为每行中的相应点2b-2d之间的距离或者沿记录的点集的相应行的点密度超出限定最大值。在这种情况下，可选地，例如，通过在较大波动情况下保持所有这些邻近点，可以考虑一行的邻近点之间的信息增益指示符的波动。另选地，具有高信息增益指示符的所有扫描点2b-2d在任何情况下并且独立于其它选择标准而被包括在经调节的点集中，以便无论如何都获取没有损失的相关物点。

在该示例中，因为假定第一局部区域8中的所有点2都与来自图5a的平面12a相关联，所以在另选例(未例示)中，第一局部区域8中的点2也被挑选出，因为它们通常具有小的信息增益指示符，或者第一区域总体具有小(平均)的信息增益指示符。举例来说，接着实现严格的逐列和/逐行擦除物点2，或者仅具有极好的信噪比的点2(就是说，“最高质量”点)被保持并包括在经调节的点集4r中。而且，可以与相应的局部区域8、9的尺寸成比例地保持要放弃的点的数量，或者与每个估计的物体表面的固定数量点成比例地保持要放弃的点的数量。

如上所述点密度ρ2的缩减由此按这样的方式来实现，即，按有针对性的方式挑选出不太相关的物点，或者按有针对性的方式选择具有高信息内容的点并且使所选择的点变为经调节的点集的部分。

参照图7描述了根据本发明的方法的一个展开例，在该展开例中，根据点密度指示符和/或信息增益指示符选择关注区域7'、7"。该选择例如被实现成在扫描区域中的位置或局部区域处是否存在特定的最小点密度的效果，或者位置的或局部区域的信息增益指示符是否超出预定阈值的效果。换句话说，所寻找的是具有未达到限定的设定点点密度的点密度的位置或区域，和/或具有特别高的信息增益指示符和由此高相关性的位置或区域(举例来说，如边缘或弯曲表面)。该选择被实现为根据本发明的扫描方法的部分，使得按这种方式找到的关注区域7'、7"接着可以在测量系统的显示器上向用户显示，例如，当仍在现场时，或者实际上在针对已检测到的局部区域或物体的扫描期间，结果，在该用户仍在现场时，可以识别特别相关的区域或具有不适当的扫描分辨率的地区。

针对这种区域，作为另一展开例，通过增加点集来使记录的点集调节。这例如通过由用户或者自动地实现对相应关注区域7'、7"内的额外或另一些物点2的第二记录来实现。举例来说，如图7所示，围绕两个物体3a、3b的边界的区域7'被再次扫描，因为这种边界区域对于扫描任务来说特别重要。记录了物体3b上的较远区域作为另一区域7"，因为该区域在所述第一记录期间因物体3b的相对较大距离和倾斜而仅以相对较低的分辨率被检测。以第二扫描模式记录相应的区域7'、7"，与所述第一记录的第一扫描模式相比，第二扫描模式是更密集的网状。换句话说，与在第一次期间相比，该第二记录以较小的角步长执行。因此，对于这些局部区域7'、7”来说，与在第一次期间在所述区域7'、7"中记录的点集的点密度相比，得到增加的点密度(参照图1；由此，例如，ρ1’>ρ1)。对于这些关注区域7'、7"来说，(原始)记录的点集的调节因而通过将在将第二记录期间获取的点插入到记录的点集中来实现。另选地，实现对已经通过第一调节而调节的点集的进一步调节。在这种情况下，除了原始点以外或者作为另选，使用新的点。作为第二记录的另选，针对区域7"，可设想通过对应算法来人工地增加分辨率。然而，该过程不太适于具有间断的区域7'。另选地或附加地，在选择关注区域时，还可以考虑另一标准，举例来说，如被记录的物点的信噪比或者被扫描物体3a、3b的类型。

因此，在根据本发明的展开中，经调节的点集的生成(除了上述调节方法以外或者作为另选)是通过按有针对性的方式改进点密度和由此的特别相关或未恰当地检测到的区域的分辨率来实现。根据本发明的调节是扫描处理的一部分并且如同实时实现的事实使得能够在仍在现场时就消除扫描中的较弱的点和/或在细节程度上获得显著且有目的的增加，而不会接受不必要的数据负担。

Claims (15)

1.一种用于具有扫描功能的测量系统导出与物体的表面有关的信息的扫描方法，所述测量系统特别是激光扫描仪或全站仪，所述测量系统包括控制与评估单元，其中，对由借助于所述测量系统的测量射束检测到的物点所组成的点集的第一记录借助于扫描处理按以下来实现，

·通过根据已知的第一扫描模式和第一扫描区域连续地改变所述测量射束的对准来扫描物体，

·确定至所述物点的相应距离以及为距离测量而发射的所述测量射束的相应对准，

其特征在于，

被检测的物点的记录的点集在所述控制与评估单元的易失性存储器中被保持可用，并且在被存储在永久性存储器中之前，借助于所述控制与评估单元，作为所述扫描处理的一部分，根据所记录的点集的至少一个点密度来实现所记录的点集的调节，特别是缩减，作为调节的结果，生成经调节的点集，特别是经缩减的点集，并且仅将经调节的点集连同所记录的点集的最终损失一起存储在所述永久性存储器中。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

通过根据预定的选择标准，在所述扫描区域的至少一个预定的局部区域内调节所述点密度本身来实现所述调节，特别是通过稀疏化和/或平均化来缩减。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，

基于所确定的距离和对准来实现对所记录的点集的至少一个点密度指示符的查明，并且根据所述点密度指示符来实现所述调节，特别是其中，

·在所述扫描处理期间，实时地实现与已检测到的物点有关的所述点密度指示符的查明，和/或

·所述点密度指示符基于被检测的物点的估计的空间距离。

4.根据权利要求3所述的方法，

其特征在于，

在查明所述点密度指示符的背景下，实现对表示相邻物点的邻域集的确定。

5.根据权利要求4所述的方法，

其特征在于，

基于所述邻域集，估计物体表面以及关联的表面法向，并将所述表面法向用于查明所述点密度指示符。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

确定被扫描的物点的信息增益指示符，所述信息增益指示符表示借助于相应的物点获取的、有关相应物体的表面的信息的增益，特别是其中，

·根据相应的被扫描的物点的所述信息增益指示符来实现所述调节，其中，特别地，具有超出预定阈值的信息增益指示符的物点被作为所述经调节的点集的一部分传递到所述永久性存储器中，和/或

·在扫描期间，针对已被扫描的物点实时地实现所述信息增益指示符的查明。

7.根据权利要求5和6所述的方法，

其特征在于，

基于所估计的物体表面来确定所述信息增益指示符，特别是根据邻域集的物点相对于针对所述邻域集估计的所述物体表面的法向距离的方差。

8.根据权利要求3或者引用权利要求3的前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

所述调节按这样的方式来实现，即，基于所述点密度指示符，逐个点或逐个区域进行检查，以证实是否超出先前针对所述点密度限定的最大值，并且在超出所述最大值的情况下，与对应的点或区域有关地缩减所述点密度，特别是借助于稀疏化或平均化。

9.根据权利要求3或引用权利要求3的前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

根据所述点密度指示符来实现从所述扫描区域选择至少一个关注区域(ROI)，特别是其中，在基于所述点密度指示符进行选择的背景下，逐个点或者逐个区域进行检查，以证实是否存在预定的最小点密度。

10.根据权利要求6或引用权利要求6的前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

根据所述信息增益指示符来实现从所述扫描区域选择至少一个关注区域(ROI)，特别是其中，在基于所述信息增益指示符进行选择的背景下，逐个点或者逐个区域进行检查，以证实相应的信息增益指示符是否超出预定的阈值。

11.根据权利要求9或10所述的方法，

其特征在于，

针对所述关注区域(ROI)，通过增加所述关注区域(ROI)内的所述点密度来调节所记录的点集。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，

其特征在于，

根据第二扫描模式和第二扫描区域来实现第二记录，所述第二记录特别是自动的，其中，

·所述第二扫描区域根据特别是与其相对应的所述关注区域(ROI)来限定，

·与所述第一扫描模式相比，所述第二扫描模式是更密集的网状，并且

·在所记录的点集的所述调节中，考虑在这种情况下记录的所述物点。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

·将所记录的点集划分成多个单独点集，并且针对各个单独点集实现所述调节，和/或

·在所述调节中，考虑相应的物点的测量值的质量，特别是所确定的距离的信噪比。

14.一种存储在机器可读载体上的计算机程序产品，或者通过电磁波具体实施的计算机数据信号，该计算机程序产品或计算机数据信号包含适于执行根据权利要求1至13中任一项的方法的程序代码。

15.一种具有扫描功能的测量系统，特别是激光扫描仪或全站仪，其中，该测量系统包括控制与评估单元，

其特征在于，

所述控制与评估单元被设计用于执行根据权利要求1的扫描方法。