三维激光扫描仪数据等距采集方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种三维激光扫描仪数据等距采集方法及系统，所述方法包括：对待测区域进行Np次轮廓预扫描；根据预扫描结果得到2*Np条待测区域的轮廓线，并从2*Np条轮廓线中选取出最长的轮廓线作为基准轮廓线；将基准轮廓线按预设的扫描间距Tol均匀等分，从而计算出扫描头径向每次摆动的角度θi；在径向摆动角度θi下，各轮廓线与下一条轮廓线之间通过迭代过渡插值得到扫描头轴向每次旋转的角度αi,j；依次按照各径向摆动角度θi及该径向摆动角度下轴向旋转角度αi,j进行激光扫描，得到待测区域的三维空间数据点。本发明专利技术所述的方法及系统，可以得到尽量满足预期扫描间距的均匀精细数据采集点。

【技术实现步骤摘要】
三维激光扫描仪数据等距采集方法及系统
本专利技术涉及激光扫描领域，具体涉及一种三维激光扫描仪数据等距采集方法及系统。
技术介绍
三维激光扫描仪是一种集成了多种高新技术的新型三维坐标测量仪器，采用非接触式高速激光测量方式，以点云形式获取被测对象表面的阵列式几何图形的三维数据，其激光测距的基本原理已发展成熟，数据获取的准确性和有效性也得以保障，然而其数据采集的方法仍值得探讨，传统的数据采集方法—等角采集法，如图1所示，分别通过两个步进电机控制扫描头的径向摆动和轴向旋转，扫描头先在预设的径向摆动角度下均匀轴向旋转，每旋转一次(通常为0.5°～3°之间的一个固定值)采集一个点数据，完成一周扫描后扫描头自动摆动(通常指抬高)一个预设的角度(通常为1°～5°之间的一个固定值)，继续下一周的扫描，直至扫描过程全部结束。这种径向每次摆动的角度和轴向每次旋转的角度均为固定值的数据采集方法导致的结果是：近处数据采集过于密集，远处数据采集过于稀疏。北京矿冶研究总院在传统数据采集方法的基础上，提出一种自适应数据采集方法，在扫描过程中，对下一个扫描点进行预扫描，根据扫描结果对径向摆动的角度θ和轴向旋转的角度α进行调整，并根据调整后的结果θ’和α’扫描下一个点，其原理如图2所示，该方法在数据采集的精细化和均匀性上起到了一定的作用，但是，该方法要求控制径向摆动的步进电机和控制轴向旋转的步进电机都需要不断来回的运作，同时图中所示的轮廓实际中不存在，具有很大的盲目性。该方法不但大大降低了数据采集的效率，而且对仪器的损伤较为严重，无法满足实际的需求。国外尚无人研究三维激光扫描仪的数据采集方法，故迫切需求一种高效实用的三维激光扫描仪数据等距采集方法。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种三维激光扫描仪数据等距采集方法和系统，可以得到尽量满足预期扫描间距的均匀精细数据采集点。为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：第一方面，本专利技术提供一种三维激光扫描仪数据等距采集方法，包括：对待测区域进行Np次轮廓预扫描；根据预扫描结果得到2*Np条待测区域的轮廓线，并从2*Np条轮廓线中选取出最长的轮廓线作为基准轮廓线；将基准轮廓线按预设的扫描间距Tol均匀等分，从而计算出扫描头径向每次摆动的角度θi；在径向摆动角度θi下，各轮廓线与下一条轮廓线之间通过迭代过渡插值得到扫描头轴向每次旋转的角度αi,j；依次按照各径向摆动角度θi及该径向摆动角度下轴向旋转角度αi,j进行激光扫描，得到待测区域的三维空间数据点。其中，所述通过Np次预扫描结果得到2*Np条待测区域的轮廓线，并从2*Np条轮廓线中选取出最长的轮廓线作为基准轮廓线包括：Np次预扫描的结果与初始方位线相交于同一点，通过交点将各扫描结果划分为两部分，从而得到2*Np条待测区域的轮廓线；计算2*Np条轮廓线的长度，并从中选取出最长的轮廓线作为基准轮廓线；将基准轮廓线编号为1，按逆时针方向给其余轮廓线编号为2,3,…，2*Np，规定第2*Np条轮廓线的下一条轮廓线为基准轮廓线。其中，所述将基准轮廓线按预设的扫描间距Tol均匀等分，从而计算出扫描头径向每次摆动的角度θi包括：所述扫描头径向每次摆动的角度θi按以下方式计算：θi＝Θi-Θi-1＝arcsin(Rn,i/Sn,i)-arcsin(Rn,i-1/Sn,i-1)式中，Θi为扫描头第i次径向摆动后发出的射线与初始方位线之间的夹角，i≥1，Θ0＝0；Rn,i为扫描头第i次径向摆动后发出的射线与基准轮廓线的交点到初始方位线的垂直距离；Sn,i为扫描头第i次径向摆动后发出的射线与基准轮廓线的交点到激光扫描头的距离，其中n＝1，表示扫描头发出的射线与基准轮廓线相交。其中，所述在径向摆动角度θi下，各轮廓线与下一条轮廓线与之间通过迭代过渡插值得到扫描头轴向每次旋转的角度αi,j包括：所述扫描头轴向每次旋转的角度αi,j按以下方式计算：αi,j＝Tol×360/(2π×rn,i,m)式中，Tol为预期的扫描间距；Rn,i为扫描头第i次径向摆动后发出的射线与基准轮廓线的交点到初始方位线的垂直距离；rn,i,m为Rn,i与Rn+1,i之间第m次迭代过渡插值得到的距离值。第二方面，本专利技术提供一种三维激光扫描仪数据等距采集系统，包括：信息设置单元，用于设置扫描头的空间方位信息，包括扫描头的空间坐标和初始位置时的方位角和倾角，以及扫描头的径向范围；预扫描单元，用于对待测区域进行Np次轮廓预扫描；选择单元，用于根据预扫描结果得到2*Np条待测区域的轮廓线，并从2*Np条轮廓线中选取出最长的轮廓线作为基准轮廓线；计算单元，用于将基准轮廓线按预设的扫描间距Tol均匀等分，计算各径向摆动角度θi及该径向摆动角度下轴向旋转角度αi,j；其中，在径向摆动角度θi下，各轮廓线与下一条轮廓线之间通过迭代过渡插值得到扫描头轴向每次旋转的角度αi,j；等距扫描单元，用于依次按照各径向摆动角度θi及该径向摆动角度下轴向旋转角度αi,j进行激光扫描，得到待测区域的三维空间数据点。其中，所述选择单元具体用于通过Np次预扫描结果得到2*Np条待测区域的轮廓线，并从2*Np条轮廓线中选取出最长的轮廓线作为基准轮廓线；其中，Np次预扫描的结果与初始方位线相交于同一点，通过交点将各扫描结果划分为两部分，从而得到2*Np条待测区域的轮廓线；计算2*Np条轮廓线的长度，并从中选取出最长的轮廓线作为基准轮廓线；将基准轮廓线编号为1，按逆时针方向给其余轮廓线编号为2,3,…，2*Np，规定第2*Np条轮廓线的下一条轮廓线为基准轮廓线。其中，所述计算单元具体用于计算扫描头径向每次摆动的角度θi，其中，扫描头径向每次摆动的角度θi按以下方式计算：θi＝Θi-Θi-1＝arcsin(Rn,i/Sn,i)-arcsin(Rn,i-1/Sn,i-1)式中，Θi为扫描头第i次径向摆动后发出的射线与初始方位线之间的夹角，i≥1，Θ0＝0；Rn,i为扫描头第i次径向摆动后发出的射线与基准轮廓线的交点到初始方位线的垂直距离；Sn,i为扫描头第i次径向摆动后发出的射线与基准轮廓线的交点到激光扫描头的距离，其中n＝1，表示扫描头发出的射线与基准轮廓线相交。其中，所述计算单元具体用于计算扫描头轴向每次旋转的角度αi,j，其中，所述扫描头轴向每次旋转的角度αi,j按以下方式计算：αi,j＝Tol×360/(2π×rn,i,m)式中，Tol为预期的扫描间距；Rn,i为扫描头第i次径向摆动后发出的射线与基准轮廓线的交点到初始方位线的垂直距离；rn,i,m为Rn,i与Rn+1,i之间第m次迭代过渡插值得到的距离值。通过以上描述可知，本专利技术所述的三维激光扫描仪数据等距采集方法及系统，可以得到尽量满足预期扫描间距的均匀精细数据采集点，即实现等距采集。既解决了传统数据采集方法得到的数据点不均匀的问题，也实现了数据采集人员期望扫描的结果满足一定精度的要求，避免盲目的采集数据。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维激光扫描仪数据等距采集方法，其特征在于，包括：对待测区域进行Np次轮廓预扫描；根据预扫描结果得到2*Np条待测区域的轮廓线，并从2*Np条轮廓线中选取出最长的轮廓线作为基准轮廓线；将基准轮廓线按预设的扫描间距Tol均匀等分，从而计算出扫描头径向每次摆动的角度θi；且在径向摆动角度θi下，各轮廓线与下一条轮廓线之间通过迭代过渡插值得到扫描头轴向每次旋转的角度αi,j；依次按照各径向摆动角度θi及该径向摆动角度下轴向旋转角度αi,j进行激光扫描，得到待测区域的三维空间数据点。

【技术特征摘要】
1.一种三维激光扫描仪数据等距采集方法，其特征在于，包括：对待测区域进行Np次轮廓预扫描；根据预扫描结果得到2*Np条待测区域的轮廓线，并从2*Np条轮廓线中选取出最长的轮廓线作为基准轮廓线；将基准轮廓线按预设的扫描间距Tol均匀等分，从而计算出扫描头径向每次摆动的角度θi；且在径向摆动角度θi下，各轮廓线与下一条轮廓线之间通过迭代过渡插值得到扫描头轴向每次旋转的角度αi,j；依次按照各径向摆动角度θi及该径向摆动角度下轴向旋转角度αi,j进行激光扫描，得到待测区域的三维空间数据点。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预扫描结果得到2*Np条待测区域的轮廓线，并从2*Np条轮廓线中选取出最长的轮廓线作为基准轮廓线包括：Np次预扫描的结果与初始方位线相交于同一点，通过交点将各扫描结果划分为两部分，从而得到2*Np条待测区域的轮廓线；计算2*Np条轮廓线的长度，并从中选取出最长的轮廓线作为基准轮廓线；将基准轮廓线编号为1，按逆时针方向给其余轮廓线编号为2,3,…，2*Np，第2*Np条轮廓线的下一条轮廓线为基准轮廓线。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将基准轮廓线按预设的扫描间距Tol均匀等分，从而计算出扫描头径向每次摆动的角度θi包括：所述扫描头径向每次摆动的角度θi按以下方式计算：θi＝Θi-Θi-1＝arcsin(Rn,i/Sn,i)-arcsin(Rn,i-1/Sn,i-1)式中，Θi为扫描头第i次径向摆动后发出的射线与初始方位线之间的夹角，i≥1，Θ0＝0；Rn,i为扫描头第i次径向摆动后发出的射线与基准轮廓线的交点到初始方位线的垂直距离；Sn,i为扫描头第i次径向摆动后发出的射线与基准轮廓线的交点到激光扫描头的距离，其中n＝1，表示扫描头发出的射线与基准轮廓线相交。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述在径向摆动角度θi下，各轮廓线与下一条轮廓线之间通过迭代过渡插值得到扫描头轴向每次旋转的角度αi,j包括：所述扫描头轴向每次旋转的角度αi,j按以下方式计算：αi,j＝Tol×360/(2π×rn,i,m)式中，Tol为预期的扫描间距；Rn,i为扫描头第i次径向摆动后发出的射线与基准轮廓线的交点到初始方位线的垂直距离；rn,i,m为Rn,i与Rn+1,i之间第m次迭代过渡插值得到的距离值。5.一种三维激光扫描仪数据等距采集系统，其特征在于，包括：信息设置单...

【专利技术属性】
技术研发人员：王李管，陈鑫，刘晓明，张建国，彭平安，刘亚妍，
申请(专利权)人：中南大学，长沙迪迈数码科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43