KR101592941B1 - 공간 지점들을 측정하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저 스캐너(1)에 의해 공간 지점들을 측정하기 위한 방법에 관한 것으로서, 이 방법은 물체(2, 2') 상의 다수의 공간 지점들을 스캐닝하는 단계; 각각의 공간 지점의 좌표들(r, Θ, φ)을 결정하는 단계, - 여기서 레이저 스캐너(1)는 좌표들의 원점을 형성하고, 좌표들은 거리(r) 및 적어도 하나의 각도(Θ, φ)를 포함함 - ; 각도 좌표들(Θ, φ)이 중앙 공간 지점(S)의 것들에 인접한 규정된 각도 공간에 있는 적어도 2개의 공간 지점들을 갖는 중앙 공간 지점(S)에 대한 근접 범위(N)를 결정하는 단계; 특정의 근접 범위(N)에 있는 공간 지점들의 좌표들(r, Θ, φ)을 집성하는 단계; 및 특정의 근접 범위(N)에 있는 공간 지점들의 좌표들(r, Θ, φ)을 집성하여 중앙 공간 지점(S)의 좌표들(r, Θ, φ)을 대체하는 단계를 가진다. 본 발명은 또한 상기 방법을 실행하기 위한 레이저 스캐너(1)의 사용, 상기 방법을 실행하기에 적합한 레이저 스캐너(1)를 가지는 시스템, 및 상기 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.

Description

공간 지점들을 측정하기 위한 방법{Method for measuring spatial points}
본 발명은 레이저 스캐너에 의해 공간 지점들을 측정하기 위한 방법에 관한 것이다.
DE 10150436 A1은 3차원(3D)으로 임의의 원격 물체의 무접촉 스캐닝을 위한 레이저 스캐너를 기술한다. 레이저 소스에 의해 발생된 광은 미러를 통해 스캔될 물체 위로 지향되고, 스캔된 물체로부터 반사된 광은 미러를 통해 편향되어 검출기에 의해 등록(register)된다. 미러를 조정하여, 광이 물체의 복수의 여러 지점들에 걸쳐 시간 순서대로 스캐닝된다. 본 발명의 의미에서 스캔될 물체는 또한 다수의 물리적 물체들, 예를 들어, 다수의 나무들, 사람들, 주택들 등으로 구성되는 광경(scenery)일 수 있다.
그러므로 레이저 스캐너의 동작 모드는 스캔될 물체의 지점들과 광의 상호 작용에 기초한다. 본 발명의 의미에서, 이러한 물리적 절차는 물체의 공간 지점들상에서의 광의 반사 또는 산란으로서 일반화될 수 있다. 물체의 공간 지점들과 관련한 레이저 스캐너의 미러 위치들이 각도 센서들을 통해 앙각 또는 편각들(Θ) 및 수평 또는 방위각들(φ)로서 확인된다. 각도들(Θ, φ)은 각도 공간을 형성한다. 미러들은 단계적으로 또는 연속적으로 회전된다. 레이저 소스, 검출기, 및 각도 센서들은 상태 신호들을 제어 유닛에 출력한다. 상태 신호들은 공간 지점의 스캐닝 시점에서 레이저 스캐너의 상태를 표시한다. 모든 스캔된 공간 지점에 대해, 제어 유닛은 발생 및 등록된 광의 펄스 런타임들을 측정하고 또는 그것은 발생된 광과 등록된 광 사이의 위상 이동을 측정한다. 제어 유닛은 그와 같은 측정 데이터로부터 레이저 스캐너로부터 스캔된 공간 지점까지의 거리(r)를 확인한다. 레이저 스캐너의 동작은 복수의 거리들(r) 및 각도들(Θ, φ)을 확인하기 위해 시간 순서로 반복된다. 좌표들로서 거리(r) 및 각도들(Θ, φ)을 가지는 거리 벡터는 모든 공간 지점에 대해 확인된다.
이와 같은 레이저 스캐너는 명칭 Scanstation C10으로 출원인에 의해 상업적으로 유통되고 있다. 이 레이저 스캐너는 펄스 런타임들을 측정하고 공간 지점들의 개개의 측정들을 실시한다. 레이저 스캐너는 360°x 270°의 가시 범위를 가지며; 0.1 m 내지 300 m의 거리에 걸쳐, 그것은 초 당 0.5 x 106 거리 벡터들까지 확인하고; 1 m 내지 50 m의 거리 범위에서, 물체의 좌표 위치가 6 mm의 측정 정밀도로 확인되고 물체의 거리(r)는 4 mm의 측정 정밀도로 확인된다.
측정 정밀도는 출력 상태 신호들의, 정량화하기 곤란한 여러 유형의 잡음에 의해 제한된다. 예를 들어, 잡음은 검출기의 열잡음(thermal noise)으로 인해, 검출기에서의 광자들의 양자화 잡음으로 인해, 검출기에 사용되는 어발란체 포토다이오드(avalanche photodiode) 또는 핀 다이오드(pin diode)에서의 국부 피크들(local peaks)로 인해 발생한다. 잡음은 또한 배경 광(background light)의 광자들로 인해 발생한다. 짧은 거리들에서, 산탄 잡음(shot noise)은 측정 정밀도에 손상을 주고, 이러한 산탄 잡음은 인입 신호 광자들의 변동들에 의해 발생된다.
본 발명의 제 1 목적은 레이저 스캐너를 동작시키기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 제 2 목적은 물체를 매우 신속하고 매우 높은 측정 정밀도를 스캔하는, 레이저 스캐너를 동작시키기 위한 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 제 3 목적은 물체를 매우 신속하고 매우 높은 측정 정밀도로 스캔하기 위해 단순 방식으로 기존의 레이저 스캐너를 갖추는 것이다.
이들 물체들 중 적어도 하나는 독립 청구항 또는 종속 청구항들의 특색있는 특징들에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 레이저 스캐너를 동작시키는 방법은 다음의 단계들: 물체의 적어도 3개의 공간 지점들을 스캐닝하는 단계; 각각의 공간 지점의 좌표들을 확인하는 단계 - 레이저 스캐너는 좌표 원점을 형성하고 좌표들은 거리 및 적어도 하나의 각도를 포함 -; 적어도 2개의 공간 지점들을 가지는 중앙 공간 지점 주위에 부근을 규정하는 단계; 규정된 부근에 공간 지점들의 좌표들을 집성하는 단계; 및 규정된 부근에 공간 지점들의 좌표들의 집성에 의해 중앙 공간 지점의 좌표들을 대체하는 단계를 가진다.
중앙 공간 지점의 확인 좌표들은 유리하게는 규정된 부근의 공간 지점들의 확인된 좌표들의 평균값에 의해 규정된 부근의 공간 지점들의 확인된 좌표들의 집성에 의해 대체된다. 그러므로, 확인된 좌표들은 측정 에러를 감소시켜 스캔 중 표면 정밀도를 증가시키는 2차 조건들을 고려하여, 좌표들의 집성에 의해, 바람직하게는 평균값에 의해 겨냥된 방식으로 대체될 수 있다.
레이저 스캐너의 동작 중, 규정된 부근에서 공간 지점들의 좌표들의 집성이 스캔될 물체의 표면 정밀도를 증가시킨다는 것은 이미 증명된 바다. 본 발명에 따르면, 레이저 스캐너에 의해 확인된 공간 지점들은 실시간으로 또는 시간 지연으로 처리된다. 이러한 목적을 위해, 스캔된 공간 지점들의 부근이 형성된다. 이 부근의 스캔된 공간 지점들 중 하나는 중앙 공간 지점으로서 규정되고 적어도 2개의 스캔된 공간 지점들이 각도 공간에서 이러한 중앙 공간 지점에 인접하여 규정된다. 상기 부근의 확인된 공간 지점들의 좌표들이 집성되어 있어 측정 에러를 최소화시킨다.
본 발명의 의미에서 집성(aggregation)은 중앙 공간 지점 부근에서 확인된 공간 지점들의 좌표들의 필터링을 말하고; 필터링 중, 공간 지점들의 좌표 정보의 아이템들, 바람직하게는 상기 부근에 있는 모든 공간 지점들의 좌표 정보의 아이템들이 고려되고; 중앙 공간 지점의 좌표는 집성된 좌표에 의해 대체된다. 이러한 집성은 추가의 등록된 공간 지점들에 대해, 바람직하게는 모든 등록된 공간 지점들에 대해 반복된다. 이러한 목적을 위해, 추가의 부근이 추가의 중앙 공간 지점과 관련하여 규정되고, 추가의 스캔된 공간 지점들이 각도 공간에서 이러한 추가의 중앙 공간 지점에 인접하여 규정된다. 그러므로, 집성 중, 데이터 감소는 없고, 공간 지점들의 수는 감소되지 않고 좌표들의 수 또한 감소되지 않는다. 3개의 2차 조건들이 여기서 상정된다:
i) 하나의 공간 지점으로부터 다음 공간 지점까지의 스캐닝 스텝 사이즈는 실질적으로 일정하고,
ii) 스캔될 물체의 표면은 실질적으로 연속적이고,
iii) 스캐닝 스텝 사이즈는 스캔될 물체의 표면의 연속성(continuity)의 크기 정도이다. 이와 같은 좌표들의 집성은 적은 기술적 노력으로 및 매우 신속하게 수행된다.
공간 지점들은 유리하게는 각도의 스캐닝 스텝 사이즈를 이용하여 레이저 스캐너에 의해 스캔되고, 스캔된 공간 지점들을 이용하면, 부근이 규정되고, 여기서 중앙 공간 지점 주위의 각도의 2개의 스캐닝 스텝 사이즈들보다 작거나 같은 적어도 이들 스캔된 공간 지점들은 중앙 공간 지점에 인접한 것으로 간주된다.
규정된 부근에서 확인된 거리 벡터들의 좌표들의 집성은 유리하게는 설정 가능 필터에 의해 가중된다. 그러므로, 상기 부근에서의 좌표들의 집성은 설정 가능 필터에 의해 가중되는 방식으로 형성되고, 그것에 의해 확인된 거리 벡터의 정보 내용은 객관적으로 이해 가능한 방식으로 파괴되지 않은 채로 있다. 이렇게 하여 잡음의 표준 편차가 필터에 의해 감소된다.
본 발명에 따르면, 거리 및 적어도 하나의 각도가 좌표들로서 확인된다. 거리는 레이저 스캐너로부터 물체의 스캔된 공간 지점까지의 직선 거리(direct distance)일 수 있다. 그러므로, 좌표들의 집성은 레이저 스캐너를 동작시키는 방법의 다양한 파라미터들에 대해 겨냥된 방식으로 실행될 수 있어, 측정 에러를 감소시키고 그러므로 스캔 중 표면 정밀도를 증가시킨다.
본 발명에 따른 방법의 제 1 실시예에 있어서, 거리 및 2개의 각도들은 좌표들로서 확인된다. 2차원 부근은 중앙 공간 지점 주위에 규정된다. 이 부근은 적어도 2개의 공간 지점들 - 규정된 각도 공간에서 중앙 공간 지점의 것에 인접한 제 1 각도 좌표 - 및 적어도 2개의 공간 지점들 - 규정된 각도 공간에서 중앙 공간 지점의 것에 인접한 제 2 각도 - 을 가진다.
본 발명에 따른 방법의 제 2 실시예에 있어서, 부근이 중앙 공간 지점 주위에 규정되고, 이 부근은 적어도 2개의 공간 지점들, - 규정된 각도 공간에서 중앙 공간 지점의 것에 인접한 각도 좌표들 - 및 측정된 거리들 - 최대 규정된 임계값만큼 중앙 공간 지점에서 측정된 거리와는 다름 - 을 가진다.
규정된 임계값은 하나 이상의 2차 조건들 i) 내지 iii)로부터 즉 일정하지 않은 스캐닝 스텝 사이즈들까지, 스캔될 물체의 불연속 표면들까지, 또는 스캔될 물체의 연속성의 크기 정도가 아닌 스캐닝 스텝 사이즈들까지의 편차들에 대한 상기 방법의 적응을 허용한다. 물체의 표면의 동적 응답에 대한 이와 같은 적응이 바람직하다. 이와 같은 편차들은 물체의 에지들 또는 돌출부들에서 발생한다. 예를 들어, 다수의 물체들 예컨대 빌딩 및 트리가 스캔되고, 여기서 레이저 스캐너의 가시 범위에 있는 빌딩은 트리에 의해 적어도 부분적으로 숨겨지고, 트리는 빌딩의 정면에 있다. 트리와 빌딩 사이에는 불연속이 있는데, 이것은 실체(reality)에 대응하고 바람직하다. 이러한 불연속의 필터링은 확인된 거리 벡터들의 정보 내용을 파괴할 수 있다.
본 발명의 실시예들의 유리한 개량된 것은 종속 청구항들의 특징들에 기인한다.
본 발명의 추가의 이점들 및 특징들은 예들로서 및 첨부 도면들과 함께 바람직한 실시예들의 다음의 설명으로부터 개략적으로 명백하다.
도 1은 레이저 스캐너의 실시예의 일부의 도면을 나타내고;
도 2는 도 1에 따른 레이저 스캐너를 통한 단면을 나타내고;
도 3은 도 1에 따른 레이저 스캐너를 동작시키기 위한 방법의 단계들의 플로 차트를 나타내고;
도 4는 도 3에 따른 방법에서 확인된 거리 벡터들의 좌표들의 집성의 제 1 실시예를 나타내고;
도 5는 도 3에 따른 방법에서 확인된 거리 벡터들의 좌표들의 집성의 제 2 실시예를 나타내고;
도 6은 도 3에 따른 방법에서 확인된 거리 벡터들의 좌표들의 집성의 제 3 실시예를 나타내고;
도 7 및 8은 도 3에 따른 방법에서 확인된 거리 벡터들의 좌표들의 집성의 도 4 내지 6에 따는 실시예들 중 하나의 다른 도면들이다.
도 1은 3차원(3D) 또는 2차원(2D)의 원격 물체(2, 2')의 무접촉 스캐닝을 위한 레이저 스캐너(1)의 개략도이다. 레이저 스캐너(1)는 정적 및 동적 물체들(2, 2')의 특수 모니터링, 등록, 디지털화에 적합할 수 있지만, 레이저 스캐너(1)는 또한 일반 엔지니어링 및 물체들(2, 2')의 구조적 측량의 경우에 타키미터(tachymeter), 토탈 스테이션(total station) 등과 같은 측정 다기능 디바이스일 수 있다. 물체(2, 2')는 개략적으로 제 1 큐브(2) 및 제 2 큐브(2')로 구성되고, 여기서 제 1 큐브(2) 상의 레이저 스캐너(1)의 가시 범위는 제 2 큐브(2')에 의해 부분적으로 숨겨진다. 원칙적으로, 임의의 수의 물체들(2, 2')이 스캔될 수 있다. 레이저 스캐너(1)는 2개의 피봇 축선들 주위에서 360°피봇에 의해 360°x 360°의 가시 범위를 가지는 완전 파노라마(full panorama)를 스캔할 수 있고, 따라서 다수의 물체를 가지는 광경(scenery)을 완전히 스캔할 수 있다.
레이저 스캐너(1)는 바닥 부분으로서 정적 베이스 및 피봇 지지체(11)를 가진다. 지지체(11)는 경사 축선 또는 수평 피봇 축선(12)의 제 1 드라이브(12') 및 스탠딩 축선 또는 수직 피봇 축선(13)의 제 2 드라이브(13')를 포함한다. 2D 레이저 스캐너는 단지 하나의 이와 같은 드라이브를 가진다. 제 1 드라이브(12') 및 제 2 드라이브(13')는 조작 변수들(manipulated variables)을 통해 작동된다. 편향 헤드(14')는 예를 들어 수평 피봇 축선(12)을 중심으로 360°만큼 피봇 가능하고 수직 피봇 축선(13)에 대해 360°만큼 피봇 가능하다. 지지체(11)는 고도의 강도를 가지는 고체 하우징(11')으로 구성되지만, 편향 헤드(14')는 수평 피봇 축선(12)의 고회전 속도들을 허용하는 것이 가능한 수개의 경량 부분들로서 구성된다. 레이저 스캐너(1)는 레이저 스캐너(1)의 구성요소들의 전원 공급장치(도시하지 않음)을 가진다.
도 2는 지지체(11)의 하우징(11')을 통한 단면을 나타낸다. 지지체(11) 내에 배열되는 레이저 소스(16)는 수평 피봇 축선(12)에서 미러(14) 상으로 배향되고 지지체(11)를 피봇시켜 미러(14)를 통해 스캔될 물체(2)로 배향되는 광(15)을 발생한다. 물체(2, 2') 상에서 산란되거나 반사되는 광(15')은 미러(14)를 통해 다시 지향되고 지지체(11) 내에 배열된 적어도 하나의 검출기(17)에 의해 등록된다. 편향 미러(15")는 수평 피봇 축선(12) 밖의 등록된 광(15')을 검출기(17)로 편향시킨다. 레이저 소스(16)는 활성 센서 시스템이다. 광(15, 15')은 전자기파들 예컨대 무선파들, 마이크로파들, 가시광, x-선 방사선, 또는 감마선으로 구성된다. 검출기(17)는 예를 들어, 어발란체 포토다이오드(avalanche photodiode) 또는 핀 다이오드(pin diode)이다. 적어도 하나의 각도 센서(18)는 미러(14)의 피봇 위치들을 확인하고; 이것은 예를 들어 기준(reference)과 관련하여 광학 마크들의, 미러(14)의 피봇팅에 의해 형성되는, 상대 운동들을 등록함으로써 수행된다. 그러므로, 각도 센서(18)는 물체(2, 2')의 스캔된 공간 지점과 관련하여 수직 피봇 축선(13)의 수평 또는 방위각(φ)인 제1 각도, 및 물체(2, 2')의 스캔된 공간 지점과 관련하여 수평 피봇 축선(12)의 앙각 또는 편각(Θ)인 제 2 각도를 등록한다.
레이저 소스(16), 검출기(17), 및 각도 센서(18)는 상태 신호들을 제어 유닛(19)에 출력한다. 상태 신호들은 공간 지점의 스캐닝 시점에서의 레이저 스캐너(1)의 상태를 나타낸다. 제어 유닛(19)은 상태 신호들을 분석한다. 이러한 목적을 위해, 제어 유닛(19)은 모든 스캔된 공간 지점에 대하여 발생된 광(15) 및 등록된 광(15')의 펄스 런타임들 또는 발생된 광(15)과 등록된 광(15') 사이의 위상 이동을 측정한다. 측정된 펄스 런타임들 또는 위상 이동으로부터, 제어 유닛(19)은 레이저 스캐너(1)와 물체(2, 2')의 스캔된 공간 지점 사이의 거리에 대한 거리 벡터(E)의 거리(r)를 확인한다. 확인된 거리 벡터(E)는 제어 유닛(19)의 컴퓨터-판독 가능 데이터 메모리에 (r, Θ, φ) 좌표계에 대한 3D 트리플로서 저장된다. 확인된 거리 벡터(E)는 좌표들로서, 거리(r), 방위각(φ) 및 편각(Θ)을 가진다. 제어 유닛(19)은 설정 가능한 스캐닝 스텝 사이즈에 의해 미러(14)를 피봇시키기 위해 제 1 드라이브(12') 및 제 2 드라이브(13')에 대한 조작 변수들을 발생시킨다. 미러(14)는 펄스 런타임들의 측정 중 한단계 한단계씩(step-by-step) 회전되거나, 위상 이동의 측정 중 연속적으로 회전된다. 따라서, 방위각(φ)의 스캐닝 스텝 사이즈 및 편각(Θ)의 스캐닝 스텝 사이즈는 자유롭게 설정 가능하다. 레이저 스캐너(1)의 동작은 복수의 거리 벡터들(E)에 대한 시간 순서로 연속적으로 반복된다. 이 기술분야에서 숙련된 사람은 또한 컬럼들에서 일어나는 레이저 스캐너의 피봇 축선들에 대한 스캐닝 대신에 임의의 나선형 스캔을 실시할 수 있다. 이 기술분야에서 숙련된 사람은 또한 레이저 소스 대신에 다른 능동형 센서 시스템 예컨대 마이크로파 센서들 또는 초음파 센서들을 사용할 수 있다. 게다가, 이 기술분야에서 숙련된 사람은 또한 물론, (r, Θ, φ) 좌표계 대신에 직교 좌표계(Cartesian coordinate system)를 사용할 수 있다.
레이저 스캐너(1)는 분석 유닛(3)을 가진다. 분석 유닛(3)은 도 2에 나타낸 것과 같이, 제어 유닛(19)의 통합 구성요소일 수 있지만, 분석 유닛(3)은 또한 레이저 스캐너(1) 및 제어 유닛(19)으로부터 물리적으로 분리되어 있는 독립 유닛, 예를 들어, 고정 컴퓨터(stationary computer) 예컨대 개인용 컴퓨터(personal computer; PC) 또는 모바일 컴퓨터 예컨대 랩톱(laptop), 스마트 폰 등일 수 있다. 만약 분석 유닛(3)이 제어 유닛(19)의 통합 구성요소이면, 이것은 레이저 스캐너(1) 및 제어 유닛(19)으로부터 물리적으로 분리되어 있는 분석 유닛(3)과 비교할 때, 분석이 상당히 더 신속하게 일어나고; 게다가, 확인된 거리 벡터들(E)은 데이터 저장 및 데이터 전송에 의해 불리하게 변경될 수 있고, 예를 들어 이들은 동적 응답(dynamic response)을 상실하거나 잡음(noise)이 될 수 있고; 집성은 또한 레이저 스캐너(1)의 가장 전유의(proprietary) 소프트웨어 및 하드웨어에 적응될 수 있고, 따라서, 예를 들어 물체의 공간 지점과 레이저 스캐너(1) 사이의 각도가 규정된 정밀도로 결정되는 이들 거리들(r)만이 집성될 수 있다는 이점을 가진다. 분석 유닛(3)은 마이크로프로세서 및 컴퓨터-판독 가능 데이터 메모리를 가진다.
기계-판독 가능 캐리어 상에 저장되는 프로그램 코드는 레이저 스캐너(1)를 동작시키기 위해 분석 유닛(3)에서 실행된다. 스캔된 물체(2, 2')로부터 확인되는, 스캔될 물체의 거리 벡터들(E)은 레이저 스캐너(1)로부터 분석 유닛(3)에 3D 트리플로서 통신된다. 프로그램 코드는 컴퓨터 프로그램 제품 상에 저장될 수 있고 그래서 프로그램 코드가 레이저 스캐너(1)에 의해 공간 지점들을 측정하기 위한 방법의 다음의 단계들 중 적어도 하나를 실행할 수 있는 방식으로 그것은 컴퓨터 판독 가능하다:
· 적어도 2개의 공간 지점들을 가지는 중앙 공간 지점(S) 주위에 부근(N)을 규정하는 단계,
· 규정된 부근(N)에 있는 공간 지점들의 좌표들(r, Θ, φ)을 집성하는 단계, 및
· 규정된 부근(N)에 있는 공간 지점들의 좌표들(r, Θ, φ)의 집성에 의해 중앙 공간 지점(S)의 좌표들(r, Θ, φ)을 대체하는 단계.
도 3은 분석 유닛(3)을 가지는 시스템에서 레이저 스캐너(1)를 동작시키기 위한 방법의 단계들의 플로 차트를 나타낸다. 단계 a)에서, 물체의 적어도 3개의 공간 지점들의 스캐닝 및 레이저 스캐너(1)로부터 물체(2, 2')의 스캔된 공간 지점까지 적어도 하나의 좌표(r, Θ, φ)를 가지는 거리 벡터(E)의 확인이 레이저 스캐너(1)에 의해 실행된다. 단계 b)에서, 특징 변수들(characteristic variables) 예컨대 신호 진폭들(Aj), 신호 대 잡음비들(SNRj), 또는 측정 데이터의 추가의 통계적 특징들이 결정된다. 식별자(j)는 여기서 3개의 좌표축들(r, Θ, φ)을 나타낸다. 단계 b)는 선택적이고 측정 시퀀스 또는 레이저 스캐너(1)를 설정하여 확립된다. 단계 c)는 각도 공간에서 중앙 공간 지점에 인접한, 적어도 2개의 공간 지점들을 가지는 부근의 규정을 포함한다. 단계 d)에서, 규정된 부근에서 확인된 거리 벡터들의 좌표들의 집성은 분석 유닛(3)의 컴퓨터 프로그램 수단에 의해 실행된다. 후반의 단계들 c) 및 d)는 바람직하게는 모든 스캔된 공간 지점들에 대해 실행된다. 스캐닝 공간 지점들 및 거리 벡터를 확인하기 위한 기존의 레이저 스캐너(1)에는 적어도 2개의 공간 지점들을 가지는 부근을 규정하고 규정된 부근에서 확인된 거리 벡터들의 좌표들의 집성을 위한 분석 유닛 또는 컴퓨터 프로그램 수단이 새로 장착될 수 있다.
부근을 규정하고 모든 중앙 공간 지점(S)에 대한 공간 지점들의 집성을 위한 분석 유닛(3)은 레이저 스캐너(1) 자체에 위치될 수 있지만, 또한 외부 컴퓨터 상에 위치될 수 있다. 바람직하게는, 그러나, 계산은 지점 기록 중 직접 레이저 스캐너(1) 상에서 일어나는데, 이것은 실질적으로 후-처리(post-processing)를 단순화시킨다. 또한 온라인 개선(online improvement)에 의해, 필터링이 또한 조작자의 설정들에 의해 레이저 스캐너(1)에 적응될 수 있고, 따라서, 예를 들어, 단지 거리들이 집성될 수 있다. 이것은 각도 에러들이 공간 지점들의 정밀도에 거의 영향을 받지 않는, 즉 실제로 에러가 없는 내부 기록들의 경우에서와 같이, 짧은 거리 범위에 있는 물체들의 경우에 특히 바람직할 수 있다. 대조적으로 확인된 거리들(r)의 스캐터들(scatters)이 상당해서, 거리 좌표들(r)까지 감소된 단순화된 집성은 이미 공간 지점들의 좌표들이 눈에 띄는 개선을 일으킨다.
도 4 내지 6은 분석 유닛(3)을 이용하는 확인된 거리 벡터들(E)의 좌표들(r, Θ, φ)의 집성의 3개의 실시예들을 나타낸다. 이러한 목적을 위해, 거리들(r)은 방위각(φ) 및 편각(Θ)의 각도 공간에 플롯된다. 도 4 내지 도 6의, 서로로부터 다소 균일하게 이격되어 있는 개개의 지점들은 스캔된 공간 지점들이다. 레이저 빔(15)은 여기서 수평 피봇 축선(12)을 중심으로 피봇되고, 공간 지점들의 제 1 컬럼은 편각(Θ)의 스캐닝 스텝 사이즈를 이용하여 저부로부터 상부로(또는 그 역으로) 스캔된다. 공간 지점들의 제 1 컬럼의 스캐닝 후, 레이저 빔(15)은 방위각(φ)의 스캐닝 스텝 사이즈를 이용하여 수직 피봇 축선(13)을 중심으로 좌에서 우로(또는 그 역으로) 피봇되고, 공간 지점들의 제 2 컬럼은 편각(Θ)의 스캐닝 스텝 사이즈를 이용하여 저부로부터 상부로 스캐닝된다. 거리들(r)은 단지 명확한 도해를 위해 그레이스케일 이미지로서 플롯되고, 여기서 거리(r)는 다소 명 또는 암의 그레이스케일에 할당되고; 더 짙은 그레이스케일일수록 거리(r)는 더 멀다. 게다가, 중앙 공간 지점(S)의 거리(r)는 명확한 도해를 위한 기준으로서 1.00으로 표준화된다. 도 4에서, 거리들(r)은 모두 실질적으로 동일하게 짙은 그레이(0.95 < r ≤ 1.05)이고 스캔된 물체(2, 2')의 평면을 모델링한다. 도 5에서, 거리들(r)은 중간 영역(0.95 < r ≤ 1.05)의 그레이이고 2개의 외측 영역들(1.05 < r ≤ 1.15)의 짙은 그레이이고 스캔된 물체(2)의 그루브/웹(web)의 밝은 그레이이고; 도 6에서, 거리들(r)은 좌 하부 영역(0.85 < r ≤ 0.95)의 밝은 그레이이고; 중간 영역에서, 이들은 그레이(0.95 < r ≤ 1.05)이고; 우상부 영역에서, 이들은 짙은 그레이(1.05 < r ≤ 1.15)이고 스캔된 물체(2, 2')의 경사면을 모델링한다.
집성을 위해, 모든 스캔된 공간 지점은 중앙 공간 지점(S)으로서 한번 이용되고, 부근(N)은 중앙 공간 지점(S) 주위에 규정된다. 모든 부근(N)은 중앙 공간 지점(S)과 관련하여 각도 공간에 다수의 인접한 스캔된 공간 지점들을 가진다. 도 4 내지 6에서, 중앙 공간 지점(S)은 각각 십자선(crosshair)으로 식별된다. 각도 공간에 인접한 스캔된 공간 지점들은 공간 지점(S)에 최근접하여 배열된다. 거리들(r)의 집성 중, 규정된 부근(N)에서 거리들(r)의 가중 합(weighted sum)이 형성되어, 가중 산술 평균(w)을 낳는다. 그러므로, 각도 공간에 인접한 스캔된 공간 지점들에 대한 거리들(r)의 양 및 음의 편차들이 중앙 공간 지점(S)에 대해 측정된다. 본 발명을 의식하여, 이 기술분야에서 숙련된 사람은 단일 피봇축에 대해서만 편향 헤드를 피봇시킬 수 있다. 이 기술분야에서 숙련된 사람은 또한 2개의 피봇 축선들에 대해 레이저 빔을 동시에 피봇시킬 수 있다. 게다가, 이 기술분야에서 숙련된 사람은 거리들을 그레이스케일 이미지로서 플롯팅하는 것 및 거리들을 표준화하는 것을 생략할 수 있다. 또, 이 기술분야에서 숙련된 사람은 또한 확인된 거리 벡터들의 거리들 대신에 집성을 위한 물체의 스캔된 공간 지점과 레이저 스캐너 사이의 적어도 하나의 각도의 절대값들을 사용할 수 있다. 이 기술분야에서 숙련된 사람은 또한 확인된 거리 벡터들의 거리들 대신에 집성을 위한 측정된 강도들(그레이스케일들)의 절대값들 또는 측정된 스펙트럼값들(색상들)을 사용할 수 있다. 물론, 이 기술분야에서 숙련된 사람은 또한 집성을 위한 각도들의 절대값들 또는 측정된 강도들(그레이스케일들)의 절대값들 또는 측정된 스펙트럼값들(색상들)의 절대값들을 가지는 확인된 거리 벡터들의 거리들을 조합할 수 있다.
도 4에 따르면, 1차원 부근(N)은 적어도 3개의 스캔된 공간 지점들을 가진다. 스캔된 공간 지점들은 레이저 스캐너(1)에 의한 직접 시간 순서로 편각(Θ)의 스캐닝 스텝 사이즈를 가지는 컬럼에서 스캔되었다. 스캔된 공간 지점은 각도 공간에서 적어도 하나의 인접한 공간 지점이 중앙 공간 지점(S) 앞에서 연대순으로 스캔되고, 각도 공간에서 적어도 하나의 인접한 공간 지점이 중앙 공간 지점(S) 뒤에서 연대순으로 스캐닝되는 방식으로 1차원 부근(N)의 중앙 공간 지점(S)으로서 이용된다.
그러나, 현재, 3D 측정 태스크들이 또한 병렬로 연대순으로 등록하는 레이저 스캐너들(1), 소위 3D 카메라들을 이용하여 행해진다. 이와 같은 3D 카메라들은 픽셀-바이-픽셀(pixel-by-pixel) 시간 측정 회로들을 가지는 이미징 표면 센서들을 가지며, 이 시간 측정 회로들에 의해 이들은 물체로부터 반사된 변조된 광 원뿔의 위상 이동 또는 실행 시간을 등록한다. 이 경우에, 시간 순서는 복수의 거리 벡터들(E)에 대해 확립되지 않는다. 그러나, 동시 등록된 공간 지점들의 저장은 직렬 스캐닝 기구의 시간 순서와 등가인 배열(arrangement)에서 일어난다는 것이 상정될 수 있다. 그러므로, 표현 "공간 지점들의 시간 순서"는 또한 병렬로 기록하는 레이저 스캐너들(1)에 대해 적용하는 것이다.
집성 중 확인된 거리 벡터의 정보 내용을 파괴하지 않도록, 대칭 평균화(symmetrical averaging)가 수행되고, 즉, 다수의 대칭으로 배열된 인접한 스캔된 공간 지점들이 각도 공간에서 중앙 공간 지점(S)과 관련하여 규정된다. 만약 중앙 공간 지점(S)과 관련하여 인접한 스캔된 공간 지점들의 비대칭 배열이 이용되면, 형성될 평균값은 파괴될 수 있고, 예를 들어, 그것은 물체(2, 2')의 표면의 실제 비존재 경사를 나타낼 수 있다.
구체적으로, 도 4에 따른 실시예의 1차원 부근(N)은 5개의 스캔된 공간 지점들을 가지며, 그것의 제 3 공간 지점은 중앙 공간 지점(S)으로서 이용되고 편각(Θ)의 하나 또는 2개의 스캐닝 스텝 사이즈(들)에 최근접하는 2개의 공간 지점들은 중앙 공간 지점(S) 앞에서 연대순으로 스캔되었고 편각(Θ)의 하나 또는 2개의 스캐닝 스텝 사이즈(들)에 최근접하는 2개의 공간 지점들이 중앙 공간 지점(S) 뒤에서 연대순으로 스캔되었다. 이러한 대칭 부근(N)은 집성된다(aggregated). 집성은 레이저 스캐너(1)의 수평 피봇 축선(12)에 대한 편각(Θ)의 스캐닝 스텝 사이즈에 따른 차수의 1차원의 필터(Θ)를 이용하여 필터링한다. 필터(Θ)는 균일할 수 있고, 즉, 상기 부근의 모든 공간 지점은 동일하게 가중되고, 그 결과 균일 필터
Figure 112014041216070-pct00001
로 된다. 그러나, 필터(Θ)는 또한 중앙 공간 지점(S)이 2배로 가중되고 또한 중앙 공간 지점(S)에 최근접하여 위치되는 2개의 공간 지점들이 2배로 가중되는 불균일일 수 있고, 이것은 중심 가중 필터
Figure 112014041216070-pct00002
로 된다. 불균일 필터(Θ)는 또한 포물선 가중 필터
Figure 112014041216070-pct00003
일 수 있다.
균일 필터(Θ)를 위해, 동일 가중 산술 평균(w)이 식(2)를 따라 1차원 부근(N)에 대해 확인된다:
Figure 112014041216070-pct00004
(2)
여기서 제 2 벡터의 값들은 레이저 스캐너(1)로부터의 부근(N)에서의 공간 지점들의 거리들(r)에 대응한다.
중심 가중 필터(Θ)에 대해, 중심 가중 산술 평균(w)이 식(2')을 따라 1차원 부근(N)에 대해 확인된다:
Figure 112014041216070-pct00005
(2')
포물선으로 가중되는 필터(Θ)에 대해, 포물선에서 가중되는 산술 평균(w)은 식(2")을 따라 1차원 부근(N)에 대해 확인된다:
Figure 112014041216070-pct00006
(2")
도 5에 따라, 2차원 부근(N)은 9개의 스캔된 공간 지점들을 가지는 3개의 1차원 영역 세그먼트들(N', N", N'")로 구성된다. 각각의 영역 세그먼트(N', N", N'")는 편각(Θ)의 스캐닝 스텝 사이즈를 가지는 컬럼 당 3개의 스캔된 공간 지점들을 가진다. 3개의 영역 세그먼트들(N', N", N'")은 서로 방위각(φ)의 2개보다 작거나 같은 스캐닝 스텝 사이즈들 근방에 있다. 3개의 영역 세그먼트들(N', N", N'")은 서로 접할 수 있고, 접하지 않아야 한다. 하나의 스캔된 공간 지점은 적어도 하나의 제 1 영역 세그먼트(N')가 각도 공간에 인접하고, 중앙 공간 지점(S) 앞에서 연대순으로 스캔된 다수의 공간 지점들을 가지며, 적어도 하나의 제 2 영역 세그먼트(N'")가 각도 공간에 인접한 다수의 공간 지점들을 가지며 중앙 공간 지점(S) 뒤에서 연대순으로 스캔된 다수의 공간 지점들을 가지는 방식으로 중앙 영역 세그먼트(N")에서 2차원 부근(N)의 중앙 공간 지점(S)으로서 이용된다. 각도 공간에 인접한 8개의 공간 지점들은 편각(Θ) 및/또는 방위각(φ)의 하나 또는
Figure 112014041216070-pct00007
스캐닝 스텝 사이즈(들)의 전형적인 근방에서 중앙 공간 지점(S)과 관련하여 위치된다. 이러한 대칭 부근(N)이 집성된다. 집성은 2차원의 필터(Θ)를 이용하여, 즉 레이저 스캐너(1)의 수직 피봇 축선(13)에 대한 방위각(φ)의 스캐닝 스텝 사이즈를 따라 그리고 레이저 스캐너(1)의 수평 피봇 축선(12)에 대한 편각(Θ)의 스캐닝 스텝 사이즈를 따라 필터링한다. 필터(Θ)는 균일할 수 있고, 즉, 상기 부근의 모든 공간 지점은 동일하게 가중되어, 3 x 3 매트릭스를 가지는 균일 필터
Figure 112014041216070-pct00008
로 된다. 그러나, 필터(Θ)는 불균일할 수도 있다. 중앙 공간 지점(S)은 4(2 -
Figure 112014041216070-pct00009
)를 이용하여 가중되고, 중앙 공간 지점(S)에 대해
Figure 112014041216070-pct00010
스캐닝 스텝 사이즈들의 근방에 위치되는 4개의 공간 지점들은
Figure 112014041216070-pct00011
을 이용하여 가중되어, 3 x 3 매트릭스를 가지는 중심 가중 필터
Figure 112014041216070-pct00012
로 된다.
균일 필터(Θ)에 대해 동일한 가중 산술 평균(w)이 식(3)에 따라 2차원 부근(N)에 대해 확인된다:
Figure 112014041216070-pct00013
(3)
여기서 ri ,j는 상기 부근의 i번째 트랙에서 j번째 공간 지점의 거리를 나타낸다. 중심 가중 필터(Θ)에 대해, 중심 가중 산술 평균(w)이 식(3')에 따라 2차원 부근(N)에 대해 확인된다:
Figure 112014041216070-pct00014
(3')
도 6에 따르면, 2차원 부근(N)이 이용된다. 다수의 공간 지점들은 시간 순서로 레이저 스캐너(1)에 의해 스캔된다. 하나의 스캔된 공간 지점은 각도 공간에 인접한 적어도 하나의 스캔된 공간 지점이 중력의 중심(S) 앞에서 연대적으로 스캔되고 각도 공간에 인접한 적어도 하나의 스캔된 공간 지점이 중력 중심(S) 뒤에서 연대순으로 스캔되는 방식으로 중앙 공간 지점(S)으로 이용된다. 도 6에 따른 실시예의 2차원 부근(N)은 구체적으로 13개의 스캔된 공간 지점들을 가지는 5개의 영역 세그먼트들(N', N", N'", N"", N'"")로 구성된다. 각도 공간에 인접한 그것의 6개의 공간 지점들은 중력 중심(S) 앞에서 스캔되었고, 각도 공간에 인접한 6개의 공간 지점들은 중력 중심(S) 뒤에서 연대순으로 스캔되었다. 제 1 영역 세그먼트(N') 및 제 5 영역 세그먼트(N'"")는 컬럼 당 하나의 스캔된 공간 지점을 가지며; 제 2 영역 세그먼트(N") 및 제 4 영역 세그먼트(N"")는 편각(Θ)의 스캐닝 스텝 사이즈를 가지는 컬럼 당 3개의 스캔된 공간 지점들을 가지며; 제 3 영역 세그먼트(N'")는 편각(Θ)의 스캐닝 스텝 사이즈를 가지는 컬럼 당 5개의 스캔된 공간 지점들을 가진다. 5개의 영역 세그먼트들(N', N", N'", N"", N'"")은 서로 관련하여 방위각(φ)의 2개보다 작거나 같은 스캐닝 스텝 사이즈들의 근방에 있다. 그러므로, 12개의 공간 지점들은 방위각(φ) 및/또는 편각(Θ)의 1 내지 2개의 스캐닝 스텝 사이즈(들)의 근방에서 각도 공간의 중력 중심(S)과 관련하여 위치된다. 13개의 거리 벡터들로 구성되는 이러한 대칭 부근(N)은 집성된다. 집성은 2차원으로 필터(Θ)를 이용하여, 즉 수직 피봇 축선(13)에 대한 방위각(φ)의 스캐닝 스텝 사이즈를 따라 그리고 레이저 스캐너(1)의 수평 피봇 축선(12)에 대한 편각(Θ)의 스캐닝 스텝 사이즈를 따라 필터링한다. 필터(Θ)는 균일할 수 있고, 즉, 상기 부근의 모든 공간 지점은 동일하게 가중되어, 5 x 5 매트릭스를 가지는 균일 필터
Figure 112014041216070-pct00015
로 된다..
균일 필터(Θ)에 대해 가중 산술 평균(w)은 식(4)에 따라 2차원 부근(N)에 대해 확인된다:
Figure 112014041216070-pct00016
(4)
여기서 ri ,j는 상기 부근의 i번째 트랙에서 j번째 공간 지점의 거리를 나타낸다. 본 발명을 의식하여, 이 기술분야에서 숙련된 사람은 또한 산술 평균 대신에 집성의 경우 기하 평균, 조화 평균, 중앙값 등을 형성할 수 있다. 이 기술분야에서 숙련된 사람은 또한 편미분 방정식들, 확산 방정식들, 총변이(total variation)의 방법 등을 이용하면서, 웨이브렛 분해(wavelet decomposition), 퓨리에 변환(Fourier transform), 칼만 필터(Kalman filter)에 기초하여 집성을 실시할 수 있다. 또, 이 기술분야에서 숙련된 사람은 또한 예들로서 나타낸 3 x 3 및 5 x 5 매트릭스들을 가지는 다차원 부근들 대신에 사용할 수 있고, 다차원 부근들은 4 x 4 매트릭스, 7 x 7 매트릭스 등을 가진다. 게다가, 이 기술분야에서 숙련된 사람은 또한 예를 들어 스캔된 공간 지점들이 도 4 내지 도 6에 나타낸 것과 같이 대칭으로 배열되어 있지 않고, 그러므로 또한 중앙 공간 지점의 근방에서 필연적으로 비대칭으로 배열되어 있다면, 대칭 부근 대신에 비대칭 부근을 사용할 수 있다. 이 경우에 동일한 수가 아닌 공간 지점들이 중앙 공간 지점 전후에서 스캔될 수 있다.
레이저 스캐너(1)로부터 각도(Θ, φ)의 미리 규정된 스캐닝 스텝 사이즈를 이용하여 레이저 스캐너(1)로부터 공간 지점들을 스캔할 필요는 없다. 본 발명을 의식하여, 이 기술분야에서 숙련된 사람은 또한 이와 같은 스캐닝 스텝 사이즈를 가지지 않는 난-트리거드(non-triggered) 레이저 스캐너를 사용할 수 있다.
만약 거리들(r)의 측정된 값들이 개개의 스캐닝 방향들(Θ, φ)에 대해 제공되지 않으면, 이 기술분야에서 숙련된 사람은 기술된 집성과 조합하여 보간에 의해 거리들(r)의 적절한 값들을 발생할 수 있다.
본 발명을 의식하여, 이 기술분야에서 숙련된 사람은 또한 거리들과 동일한 방식으로 측정된 강도들(그레이스케일들) 및/또는 스펙트럼 값들(색상들)을 집성할 수 있다.
도 7 및 8은 분석 유닛(3)을 이용하는 확인된 거리 벡터들(E)의 집성의 다른 도해들을 나타낸다. 세로 좌표는 분석 장치(3)에 전달되는 거리 벡터들(E)의 거리들(r)을 표시하고, 가로 좌표는 분석 장치(3)에 전달되는 거리 벡터들(E)의 편각(Θ)을 표시한다. 확인된 거리 벡터들(E)의 좌측 영역에서, 거리 벡터들(E)의 거리들(r)은 도 1에 따르면 제 1 큐브(2)까지 49.8 m 내지 50.0 m의 값 범위에 있고; 확인된 거리 벡터들(E)의 우측 영역에서, 거리 벡터들(E)의 거리들(r)은 도 1에 따르면 제 2 큐브(2')까지 49.4 m 내지 49.6 m의 값 범위에 있다. 분석 유닛(3)에 의해 확인된 가중 산술 평균(w)은 도 7에 모든 확인된 거리 벡터들(E)에 대해 연속적으로 플롯팅되고 도 8의 좌측 영역 및 우측 영역의 확인된 거리 벡터들(E)의 일부에 대해서만은 연속적으로 플롯팅되지 않는다.
예를 들어 트리(tree)를 개략적으로 나타내는 제 2 큐브(2')는 예를 들어 빌딩을 개략적으로 나타내는 제 1 큐브(2) 상에 레이저 스캐너(1)의 가시 범위를 부분적으로 숨긴다. 특히 제 2 큐브(2')로부터 제 1 큐브(2)로의 레이저 스캐너(1)의 가시 범위의 전이 영역에서, 확인된 거리 벡터들(E)의 좌표들(r, Θ, φ)의 집성은 이들이 실제로 존재하지 않는 산술 평균(w)의 유동 전이(flowing transition)로의 거리들(r)의 급격한 전이를 집성한다는 점에서 확인된 거리 벡터들(E)의 정보 내용을 파괴한다.
이와 같은 파괴들을 피하기 위해, 도 8에 따르면, 이들 공간 지점들의 단지 좌표들(r, Θ, φ)이 집성되고, 그것의 측정된 거리들(r)은 최대 규정된 임계값(t)만큼 중앙 공간 지점(S)에서 측정된 거리(r0)와 다르다. 그러므로 중간의 배제 영역(T)에서, 가중 산술 평균(w)은 확인된 거리 벡터들(E)에 대해 플롯팅되지 않는다.
중앙 공간 지점(S)의 임계값(t)은 도 7 및 8에 바들(bars)로서 플롯팅된다. 바의 길이는 임계값(t)에 대응하고 균일하지 않게 0.10 m이다.
임계값(t)은 일정한 변위값(t0)및 측정된 값(t1)의 합의 식(5)에 따라 구성된다.
t = t0 + t1 (5)
제 1 실시예에서, 측정된 값(t1)은 검출기(17)에 의해 측정된 등록된 광(15')의 진폭(A)에 비례한다. 진폭(A)은 다수의 파라미터들 예컨대 물체(2, 2')의 표면의 반사율, 레이저 스캐너(1)와 물체(2, 2') 사이의 거리(r), 물체(2, 2') 상의 광(15)의 입사각 등에 의존한다. 레이저 스캐너(1)와 스캔된 공간 지점 간의 모든 확인된 거리 벡터(E)에 대해, 검출기(17)에 의해 측정된 진폭(A)은 컴퓨터-판독 가능 데이터 메모리 상에 확인된 거리 벡터(E)의 3D 트리플로 저장된다. 다른 지수들(exponents)이 가능하다. 반비례의 원칙(inverse proportionality) 대신에:
t1 ~ A-1 (6)
관계:
t1 ~ A-1/2 (6')
t1 ~ A-3/2 (6")
또한 이용될 수 있다. 일반적으로, 측정된 값(t1)은 임의의 실지수부를 가지는 측정된 진폭(A)의 제곱(power)에 비례한다. 확인된 거리 벡터(E)의, 검출기(17)에 의해 측정되는 진폭(A) 대신에, 다수의 확인된 거리 벡터들(E)의 측정된 진폭들(A)의 평균 진폭(A')이 또한 이용될 수 있다.
제 2 실시예에서, 측정된 값(t1)은 등록된 광(15')의 신호 대 잡음비(SNR)에 대해 유도된다. 예를 들어, 측정된 값(t1)은 식(7)에 나타낸 것과 같이 등록된 광(15')의 신호 대 잡음비(SNR)에 반비례한다.
t1 ~ SNR-1 (7)
신호 대 잡음비(SNR)의 다른 지수들이 또한 여기서 가능하다.
제 3 실시예에 있어서, 임계값(t)은 식(8)에 나타낸 것과 같이, 레이저 스캐너(1)로부터 스캔된 공간 지점까지 거리 및 파라미터(p)의 차이(difference)에 비례한다.
t ~(p-r)-1 (8)
이 차이는 물론 또한 다른 지수들을 가질 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 임계값(t)은 또한 스캔된 물체의 부분 곡률(일차 또는 고차)에 의존하여 선택될 수 있다.
거리 벡터(E)는 일반적인 경우에 (r, Θ, φ) 좌표계와 관련하여 3D 트리플을 표현하므로, 근본적으로 3개의 임계값들(t)이 있고, 그 중 하나는 r에 대해 기술하지만, 하나는 Θ에 대해 그리고 하나는 φ에 대해 기술한다. 모든 3개의 임계값들(t)은 통계 신호 파라미터들(A, SNRr, SNRΘ, SNRφ) 및 공간 지점 시퀀스들의 물체-관련 궤적들, 예를 들어 논의된 부분 곡률로부터 유도될 수 있다. 예를 들어, 임계값들(t_j)은 식(9)에 따르면:
t_j = function (A, SNRj, ...) (9)
이다.
여기서 A는 거리 측정의 신호 진폭을 나타내고, SNRj는 좌표 측정값들(r, Θ, φ)의 통계 잡음 사양들(statistical noise specifications)을 나타낸다. 가장 단순한 경우에, 스캐터링이 각각의 변수의 통계 분포의 제 2 순간으로서 이용될 수 있다.
배제 영역(T)에서 임계값(t)의 한계를 초과하는 스캔된 공간 지점들에 대해, 필터(Θ)가 적응될 수 있다. 예를 들어, 만약 제 1 영역 세그먼트(N')의 제 3 공간 지점 및 제 3 영역 세그먼트(N")의 제 1 공간 지점은 도 5에 따라 2차원 부근(N)에서 임계값(t)의 한계를 초과하면, 식(3)에 따른 균일 필터
Figure 112014041216070-pct00017
는 임계값(t)의 한계를 초과하는 이들 공간 지점들을 고려하지 않는 어댑티드 필터
Figure 112014041216070-pct00018
에 의해 대체될 수 있다. 따라서, 식 (3')에 따른 중심 가중 필터
Figure 112014041216070-pct00019
는 임계값(t)의 한계를 초과하는 이들 공간 지점들을 고려하지 않는 어댑티드 필터
Figure 112014041216070-pct00020
에 의해 대체될 수 있다. 어댑티드 필터는 유리하게는 대칭이고, 즉 만약 단지 제 1 영역 세그먼트(N')의 제 3 공간 지점이 예를 들어 도 5에 따른 2차원 부근(N)의 임계값(t)의 한계를 초과하면, 제 3 영역 세그먼트(N")의 제 1 공간 지점은 대칭의 이유들 때문에 고려되지 않는다.
다른 실시예에 있어서, 필터의 크기 및 가중이 또한 측정된 거리들, 진폭들, 및 신호 대 잡음비의 함수로서 규정될 수 있어, 상이한 필터들이 예를 들어 짧은 거리 및 긴 거리들에 대해 사용된다.
또 다른 실시예에 있어서, 필터는 3D 지점들의 평균화가 거리 측정된 값들에 대해서뿐만 아니라 모든 3개의 측정된 좌표들(r, Θ, φ)에 대해 일어나는 방식으로 설계될 수 있고, 이 경우에, 예를 들어, 식들 (2), (2'), (2"), (3), (3') 중 하나가 좌표들(r, Θ, φ) 각각에 대해 적용될 수 있다..
이들 설명된 도면은 단지 가능한 실시예들을 개략적으로 설명하는 것이 명백하다. 다양한 접근방법들이 또한 서로 및 종래 기술의 방법들 및 장치들과 조합될 수 있다. 특히, 임계값의 실시예들은 서로 조합될 수 있다.

Claims (33)

  1. 레이저 스캐너(1)에 의해 공간 지점들을 측정하기 위한 방법으로서,
    · 물체(2, 2')의 복수의 공간 지점들을 스캔하는 단계;
    · 각각의 공간 지점의 좌표들(r, Θ, φ)을 확인하는 단계;
    · 중앙 공간 지점(S) 주위에 2차원 부근(N)을 규정하는 단계;
    · 상기 규정된 부근(N)에 있는 상기 공간 지점들의 좌표들(r, Θ, φ)을 집성(aggregating)하는 단계; 및
    · 상기 규정된 부근(N)에 있는 상기 공간 지점들의 좌표들(r, Θ, φ)의 상기 집성에 의해 상기 중앙 공간 지점(S)의 좌표들(r, Θ, φ)을 대체하는 단계;를 포함하고,
    상기 공간 지점의 좌표들(r, Θ, φ)을 확인하는 단계에서, 상기 레이저 스캐너(1)는 좌표 원점을 형성하고 상기 좌표들은 거리(r) 및 2개의 각도들(Θ, φ)을 포함하며,
    상기 2차원 부근(N)은
    ■ 적어도 2개의 공간 지점들로서, 규정된 각도 공간에서 적어도 2개의 공간 지점들의 상기 제 1 각도 좌표(Θ)는 상기 중앙 공간 지점(S)의 것에 인접하는, 상기 적어도 2개의 공간 지점들, 및
    ■ 적어도 2개의 공간 지점들로서, 규정된 각도 공간에서 적어도 2개의 공간 지점들의 상기 제 2 각도 좌표(φ)는 상기 중앙 공간 지점(S)의 것에 인접하는, 상기 적어도 2개의 공간 지점들을 가지며,
    상기 공간 지점들은 제 1 각도(Θ)의 스캐닝 스텝 사이즈를 가지는 적어도 3개의 영역 세그먼트들(N', N", N'", N"", N'"")에서 상기 레이저 스캐너(1)에 의해 스캔되고,
    이들 영역 세그먼트들(N', N", N'")을 이용하는 동안, 부근(N)이 규정되고, 상기 중앙 공간 지점(S) 주위에서 제 2 각도(φ)의 2개의 스캐닝 스텝 사이즈들보다 작거나 같은 적어도 이들 영역 세그먼트들(N', N", N'", N"", N'"")이 상기 중앙 공간 지점(S)에 인접한 것으로 간주되는, 공간 지점들을 측정하기 위한 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 중앙 공간 지점(S)과 관련하여 대칭으로 배열된 다수의 공간 지점들이 상기 각도 공간에 상기 부근(N)으로서 규정되는 것을 특징으로 하는, 공간 지점들을 측정하기 위한 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 공간 지점들의 상기 거리(r)는 각각 상기 규정된 부근(N)에 집성되는 것을 특징으로 하는, 공간 지점들을 측정하기 위한 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 공간 지점들의 각각 3개의 좌표들(r, Θ, φ)은 상기 규정된 부근(N)에 집성되는 것을 특징으로 하는, 공간 지점들을 측정하기 위한 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 중앙 공간 지점(S)의 좌표들(r, Θ, φ)에서 적어도 상기 거리(r)는 상기 규정된 부근(N)에서의 좌표들(r, Θ, φ)의 평균값(w)에 의해 대체되는 것을 특징으로 하는, 공간 지점들을 측정하기 위한 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 규정된 부근(N)에서의 좌표들(r, Θ, φ)의 상기 집성은 설정 가능 필터(Θ)에 의해 가중되는 것을 특징으로 하는, 공간 지점들을 측정하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 부근(N)에 있는 상기 공간 지점들은 상기 필터(Θ)에 의해 동일하게 가중되는 것을 특징으로 하는, 공간 지점들을 측정하기 위한 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 부근(N)에 있는 상기 공간 지점들은 상기 필터(Θ)에 의해 동일하지 않게 가중되는 것을 특징으로 하는, 공간 지점들을 측정하기 위한 방법.
  12. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 측정된 거리들(r)이 상기 중앙 공간 지점(S)에서 측정되는 거리(r0)와 최대 규정된 임계값(t)만큼 차이가 있는 공간 지점들의 좌표들(r, Θ, φ)이 집성되는 것을 특징으로 하는, 공간 지점들을 측정하기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 임계값(t)은,
    일정한 변위값(t0) 및 측정된 값(t1)의 합이며,
    상기 측정된 값(t1)은,
    · 등록된 광(15')의 측정된 진폭(A)에 반비례하고,
    · 실지수부(real exponent)를 가지는 상기 등록된 광(15')의 측정된 진폭(A)의 거듭제곱에 비례하고, 또는
    · 상기 등록된 광(15')의 신호 대 잡음비(SNR)로부터 유도되는 것을 특징으로 하는, 공간 지점들을 측정하기 위한 방법.
  14. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    · 상기 규정된 부근(N)에서의 좌표들(r, Θ, φ)의 상기 집성은 설정 가능 필터(Θ)에 의해 가중되고,
    · 스캔된 공간 지점들 - 상기 스캔된 공간 지점들의 상기 측정된 거리들(r)은 최대 규정된 임계값(t)만큼 상기 중앙 공간 지점(S)에서 측정되는 거리(r0)와는 다름 - 은 어댑티드 필터(Θ)에 의해 필터링되는 것을 특징으로 하는, 공간 지점들을 측정하기 위한 방법.
  15. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 부근(N)은 상기 레이저 스캐너(1)에 의해 시간 순서로 스캔된 3개의 공간 지점들의 사용에 의해 규정되고, 적어도 하나의 스캔된 공간 지점은 상기 중앙 공간 지점(S) 뒤에서 상기 중앙 공간 지점(S) 및 적어도 하나의 스캔된 공간 지점이 연대순으로 스캔되기 전에 연대순으로 스캔되는 것을 특징으로 하는, 공간 지점들을 측정하기 위한 방법.
  16. 제 1 항 또는 제 5 항에 청구된 방법에 따라 동작하는 레이저 스캐너(1).
  17. 제 1 항 또는 제 5 항에 청구된 방법을 행하기 적합하고 레이저 스캐너(1)를 포함하는 시스템에 있어서,
    · 물체(2, 2')의 복수의 공간 지점들을 스캔하는 단계, 및
    · 상기 공간 지점들 각각에 대한 좌표들(r, Θ, φ)을 확인하는 단계가 실행되는 레이저 스캐너(1); 및
    · 중앙 공간 지점(S) 주위에 2차원 부근(N)을 규정하는 단계,
    · 상기 규정된 부근(N)에 있는 상기 공간 지점들의 좌표들(r, Θ, φ)을 집성하는 단계, 및
    · 상기 규정된 부근(N)에 있는 상기 공간 지점들의 좌표들(r, Θ, φ)의 상기 집성에 의해 상기 중앙 공간 지점(S)의 좌표들(r, Θ, φ)을 대체하는 단계가 실행되는 분석 유닛(3);을 포함하고,
    상기 공간 지점들 각각에 대한 좌표들(r, Θ, φ)을 확인하는 단계에서, 상기 레이저 스캐너(1)는 좌표 원점을 형성하고 상기 좌표들은 거리(r) 및 2개의 각도들(Θ, φ)을 포함하며,
    상기 2차원 부근(N)은
    ■ 적어도 2개의 공간 지점들로서, 규정된 각도 공간에서 적어도 2개의 공간 지점들의 상기 제 1 각도 좌표(Θ)는 상기 중앙 공간 지점(S)의 것에 인접하는, 상기 적어도 2개의 공간 지점들, 및
    ■ 적어도 2개의 공간 지점들로서, 규정된 각도 공간에서 적어도 2개의 공간 지점들의 상기 제 2 각도 좌표(φ)는 상기 중앙 공간 지점(S)의 것에 인접하는, 상기 적어도 2개의 공간 지점들을 가지며,
    상기 공간 지점들은 제 1 각도(Θ)의 상기 스캐닝 스텝 사이즈를 가지는 적어도 3개의 영역 세그먼트들(N', N", N'", N"", N'"")에서 상기 레이저 스캐너(1)에 의해 스캔되고,
    이들 영역 세그먼트들(N', N", N'")을 이용하는 동안, 부근(N)이 규정되고, 상기 중앙 공간 지점(S) 주위에서 제 2 각도(φ)의 2개의 상기 스캐닝 스텝 사이즈들보다 작거나 같은 적어도 이들 영역 세그먼트들(N', N", N'", N"", N'"")이 상기 중앙 공간 지점(S)에 인접한 것으로 간주되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  18. 제 1 항 또는 제 5 항에 따른 방법을 실행하기 위한 프로그램이 저장된 기계-판독가능 매체.
  19. 레이저 스캐너(1)에 의해 공간 지점들을 측정하기 위한 방법으로서,
    · 물체(2, 2')의 복수의 공간 지점들을 스캔하는 단계;
    · 각각의 공간 지점의 좌표들(r, Θ, φ)을 확인하는 단계;
    · 중앙 공간 지점(S) 주위에, 적어도 2개의 공간 지점들을 가지는 부근(N)을 규정하는 단계;
    · 상기 규정된 부근(N)에 있는 상기 공간 지점들의 좌표들(r, Θ, φ)을 집성하는 단계; 및
    · 상기 규정된 부근(N)에 있는 상기 공간 지점들의 좌표들(r, Θ, φ)의 상기 집성에 의해 상기 중앙 공간 지점(S)의 좌표들(r, Θ, φ)을 대체하는 단계;를 포함하고,
    상기 각각의 공간 지점의 좌표들(r, Θ, φ)을 확인하는 단계에서, 상기 레이저 스캐너(1)는 상기 좌표 원점을 형성하고 상기 좌표들은 거리(r) 및 적어도 하나의 각도(Θ, φ)를 포함하며,
    상기 적어도 2개의 공간 지점들은,
    ■ 규정된 각도 공간에서 상기 중앙 공간 지점(S)의 것에 인접한 제 1 각도 좌표(Θ), 및
    ■ 규정된 임계값(t)만큼 상기 중앙 공간 지점(S)에서 측정되는 거리(r0)와는 다른 측정된 거리들(r)을 가지며,
    상기 공간 지점들은 제 1 각도(Θ)의 스캐닝 스텝 사이즈를 가지는 적어도 3개의 영역 세그먼트들(N', N", N'", N"", N'"")에서 상기 레이저 스캐너(1)에 의해 스캔되고,
    이들 영역 세그먼트들(N', N", N'")을 이용하는 동안, 부근(N)이 규정되고, 상기 중앙 공간 지점(S) 주위에서 제 2 각도(φ)의 2개의 스캐닝 스텝 사이즈들보다 작거나 같은 적어도 이들 영역 세그먼트들(N', N", N'", N"", N'"")이 상기 중앙 공간 지점(S)에 인접한 것으로 간주되는 것을 특징으로 하는, 공간 지점들을 측정하기 위한 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 임계값(t)은,
    일정한 변위값(t0) 및 측정된 값(t1)의 합이며,
    상기 측정된 값(t1)은,
    · 등록된 광(15')의 측정된 진폭(A)에 반비례하고,
    · 실지수부(real exponent)를 가지는 상기 등록된 광(15')의 측정된 진폭(A)의 거듭제곱에 비례하고, 또는
    · 상기 등록된 광(15')의 신호 대 잡음비(SNR)로부터 유도되는 것을 특징으로 하는, 공간 지점들을 측정하기 위한 방법.
  21. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 부근(N)은 상기 레이저 스캐너(1)에 의해 시간 순서로 스캔된 3개의 공간 지점들의 사용에 의해 규정되고, 적어도 하나의 스캔된 공간 지점은 상기 중앙 공간 지점(S) 뒤에서 상기 중앙 공간 지점(S) 및 적어도 하나의 스캔된 공간 지점이 연대순으로 스캔되기 전에 연대순으로 스캔되는 것을 특징으로 하는, 공간 지점들을 측정하기 위한 방법.
  22. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 중앙 공간 지점(S)과 관련하여 대칭으로 배열된 다수의 공간 지점들이 상기 각도 공간에 상기 부근(N)으로서 규정되는 것을 특징으로 하는, 공간 지점들을 측정하기 위한 방법.
  23. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 공간 지점들의 상기 거리(r)는 각각 상기 규정된 부근(N)에 집성되는 것을 특징으로 하는, 공간 지점들을 측정하기 위한 방법.
  24. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 공간 지점들의 각각 3개의 좌표들(r, Θ, φ)은 상기 규정된 부근(N)에 집성되는 것을 특징으로 하는, 공간 지점들을 측정하기 위한 방법.
  25. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 중앙 공간 지점(S)의 좌표들(r, Θ, φ)은 상기 규정된 부근(N)에서의 좌표들(r, Θ, φ)의 평균값(w)에 의해 대체되는 것을 특징으로 하는, 공간 지점들을 측정하기 위한 방법.
  26. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 규정된 부근(N)에서의 좌표들(r, Θ, φ)의 상기 집성은 설정 가능 필터(Θ)에 의해 가중되는 것을 특징으로 하는, 공간 지점들을 측정하기 위한 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 부근(N)에 있는 상기 공간 지점들은 상기 필터(Θ)에 의해 동일하게 가중되는 것을 특징으로 하는, 공간 지점들을 측정하기 위한 방법.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 부근(N)에 있는 상기 공간 지점들은 상기 필터(Θ)에 의해 동일하지 않게 가중되는 것을 특징으로 하는, 공간 지점들을 측정하기 위한 방법.
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 제 19 항 또는 제 20 항에 청구된 방법에 따라 동작하는 레이저 스캐너(1).
  32. 제 19 항 또는 제 20 항에 청구된 방법을 행하기 적합하고 레이저 스캐너(1)를 포함하는 시스템에 있어서,
    · 물체(2, 2')의 복수의 공간 지점들을 스캔하는 단계, 및
    · 상기 공간 지점들 각각에 대한 좌표들(r, Θ, φ)을 확인하는 단계가 실행되는 레이저 스캐너(1); 및
    · 중앙 공간 지점(S) 주위에 적어도 2개의 공간 지점들을 가지는 부근(N)을 규정하는 단계,
    · 상기 규정된 부근(N)에 있는 상기 공간 지점들의 좌표들(r, Θ, φ)을 집성하는 단계, 및
    · 상기 규정된 부근(N)에 있는 상기 공간 지점들의 좌표들(r, Θ, φ)의 상기 집성에 의해 상기 중앙 공간 지점(S)의 좌표들(r, Θ, φ)을 대체하는 단계가 실행되는 분석 유닛(3);을 포함하고,
    상기 공간 지점들 각각에 대한 좌표들(r, Θ, φ)을 확인하는 단계에서, 상기 레이저 스캐너(1)는 상기 좌표 원점을 형성하고 상기 좌표들은 거리(r) 및 적어도 하나의 각도들(Θ, φ)을 포함하며,
    상기 적어도 2개의 공간 지점들은,
    ■ 규정된 각도 공간에서 상기 중앙 공간 지점(S)의 것에 인접한 상기 각도 좌표(Θ, φ),
    ■ 규정된 임계값(t)만큼 상기 중앙 공간 지점(S)에서 측정되는 거리(r0)와는 다른 상기 측정된 거리(r)들을 가지며,
    상기 공간 지점들은 제 1 각도(Θ)의 상기 스캐닝 스텝 사이즈를 가지는 적어도 3개의 영역 세그먼트들(N', N", N'", N"", N'"")에서 상기 레이저 스캐너(1)에 의해 스캔되고,
    이들 영역 세그먼트들(N', N", N'")을 이용하는 동안, 부근(N)이 규정되고, 상기 중앙 공간 지점(S) 주위에서 제 2 각도(φ)의 2개의 상기 스캐닝 스텝 사이즈들보다 작거나 같은 적어도 이들 영역 세그먼트들(N', N", N'", N"", N'"")이 상기 중앙 공간 지점(S)에 인접한 것으로 간주되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  33. 제 19 항 또는 제 20 항에 따른 방법을 실행하기 위한 프로그램이 저장된 기계-판독가능 매체.
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