[发明专利]用于周围环境的三维几何采集的测量设备

说明书

具有多个传输通道和半导体光电倍增管传感器的周围环境几何3D扫描测量设备。本发明涉及一种借助于旋转收发器平台(4)和用于发射脉冲距离测量射束的多个传输通道来对周围环境进行三维几何采集的测量设备(1)，其中在不同情况下可利用每个传输通道扫描相对于与旋转轴(3)正交的参考平面的不同仰角(α)。此外，测量设备(1)包括具有半导体光电倍增管传感器(SPM)(15)的传感器布置的接收单元，其中SPM传感器(15)的数量小于传输通道的数量，并且发送单元和接收单元被配置为使得至少两个传输通道被分配给共同的SPM传感器(15)，该传感器被配置用于产生关于至少两个传输通道的距离测量数据。

技术领域

本发明涉及借助于多个传输通道对周围环境进行三维几何采集的测量设备。

背景技术

为了获取周围环境中的对象或表面，通常使用借助于距离测量射束(例如激光扫描器的定向脉冲激光束)进行扫描的方法。这里在不同情况下，通过借助于激光测得的到目标表面点的距离来获取表面点的空间位置，并且该测量与激光发射的角度信息相结合。例如，根据该距离信息和该角度信息，可以确定所获取的点的空间位置并测量表面。

典型的3D测量设备能够在表面上或沿着边缘引导距离测量仪器的距离测量射束，因此能够以预定的扫描或测量速率、逐渐地针对不同测量方向同时获取到相应测量点的方向和距离。在这种情况下，方向和距离与测量参考点(例如测量设备的位置或零点)有关，换言之，位于共同的参考系或坐标系中，因此，使得各个测量方向以及因此各个测量数据通过局部坐标系相互关联。根据各个点的距离测量值以及与其相关联的测量方向，随后可以根据多个扫描点产生所谓的3D点云，例如借助于集成或外部数据处理系统。

通常，与表面的这种纯几何采集并行地，通过相机另外执行图像记录，这不仅提供视觉整体视图而且提供例如关于表面纹理的进一步信息。

特别地，3D采集也可以在测量设备的空间移动期间执行，其中可以例如借助于全球卫星定位系统(GSNS，“全球导航卫星系统”)、借助于惯性测量系统(IMU，“惯性测量单元”)、和/或借助于同时位置确定与地图创建(SLAM，“同时定位与地图创建”)来获取测量设备的自身移动并且对其进行考虑。

3D扫描是一种在几分钟或几秒钟内产生数百万个单独的测量数据(特别是3D坐标)的非常有效的技术。典型的测量任务是，例如，在建筑领域、采矿或工业设施中记录对象或其表面；记录建筑物立面或历史建筑物；或者记录事故地点和犯罪现场。进一步的3D测量任务例如存在于周围环境的监控中，例如在用于工业制造设施的警告或监督系统的背景下或者在用于驾驶辅助系统的背景下。此外，3D扫描例如用于对移动经过测量设备的对象(例如人、车辆或工件)进行识别、分类或测量。

在电子或电光距离测量领域中已知各种原理和方法。一种方法包括在待测量的目标处发射脉冲电磁辐射(例如激光)并随后从作为后向散射对象的所述目标接收回波，其中可以例如基于脉冲的飞行时间、形状和/或相位确定到待测量目标的距离。与此同时，这种激光距离测量仪器在许多领域中作为标准解决方案获得了认可。

主要通过使用两种不同方法或其组合来检测后向散射脉冲或脉冲序列。

在所谓的阈值方法的情况下，如果入射在所使用的距离测量设备的检测器上的辐射的强度超过某个阈值，则检测到光脉冲。所述阈值防止来自背景的噪声和干扰信号被错误地检测为有用信号，即，检测为所发射的脉冲的后向散射光。

另一种方法基于后向散射脉冲的采样。该方法也可以被视为集成信号采集，其中通过采样获取整个信号信息和重要噪声信息，这带来测量精度的提高。通过以下过程检测发射信号：在该过程中对由检测器获取的辐射进行采样，在采样区域内识别信号，最后，按时间顺序确定信号的位置。通过使用与发射速率同步的接收信号的多个采样值和/或总和，即使在不利的情况下也可以识别出有用信号，使得可以应对甚至相对大的距离或嘈杂的背景场景或受干扰困扰的背景场景。