[发明专利]光谱三维成像系统及成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光谱三维成像系统及成像方法，尤其是一种利用激光三维扫描技术与光谱成像技术的光谱三维成像系统及成像方法，属于光谱分析及三维成像领域。

背景技术

三维激光扫描技术是一种全新的高精度、高分辨率的实现三维空间信息获取、三维建模的方法，是场景建模和三维数据获取技术中最新的一种。它采用主动非接触式测量方法获取高精度三维数据，在激光光路中加入高速运动的扫描装置能够快速、高密度获取目标表面的三维数据。其应用领域包括工程测绘、计算机图形学、逆向工程、模具设计、考古学等。

传统的大地测量方法都是基于点的测量，而三维激光扫描是基于面的数据采集方式，通过一定扫描方式对目标进行完整的点云数据获取后，利用专门的软件来读取和处理这些点云数据，最后建立目标的三维立体模型。但是仅靠扫描仪获取的点云数据只能获得各点在空间中位置关系，不能获取目标的色彩信息，也不能获取目标的更多光谱特征信息。

在《彩色三维激光扫描测量方法的研究》一文中许智钦等人提出在单色三维激光扫描测量数据上运用彩色信息获取、彩色贴图以及坐标计算等技术，实现了彩色三维激光扫描测量，系统在测量时先用CCD摄像机采集被测目标的彩色照片，然后用滤光片获取被测表面反射激光的单色信号，并利用步进电机实现整个被测表面的三维测量，最后通过贴图技术将目标彩色信息匹配到各点上。在《光带法激光三维彩色数字化技术》一文中，孙宇臣等人基于光学三角形原理的光带法激光三维数字化技术，采用直接拍照的方法实现对目标的彩色数字化，并利用传感器标定技术实现了三维信息与彩色信息的匹配，从而得到目标的三维彩色数字化模型，这种方法与许智钦等人提出的方法原理上都是利用彩色CCD对被测目标进行成像，但是在系统标定技术上有所不同。这两种方法虽然都能够获得被测目标的彩色三维信息，改进了三维立体模型的色彩效果，但利用彩色相机在光照条件不理想的情况下就无法真实还原被测目标的色彩信息，另外，彩色相机拍摄的图片并不能获取目标多个波段的光谱信息，对目标的探测和识别作用也不明显。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种光谱三维成像系统及成像方法，获取目标的表面三维信息和多光谱信息，将多光谱信息匹配到三维立体模型中，实现光谱三维成像。

按照本发明提供的技术方案，所述光谱三维成像系统，其特征是，包括：

旋转平台；

光谱成像系统，设置在旋转平台上，用于获取被测目标的多个波段的光谱图像； 

激光三维扫描系统，设置在旋转平台上，用于获取被测目标的空间三维距离信息，生成被测目标的三维立体模型；

其中，所述激光三维扫描系统生成的三维立体模型和光谱成像系统获取的光谱图像输入至计算机控制系统，计算机控制系统将三维立体模型和光谱图像匹配以生成光谱三维模型。

所述光谱三维成像方法，其特征是，采用以下方法：

（1）激光三维扫描系统对被测目标的若干子区域同时进行三维信息获取，生成各个子区域范围内的目标的三维立体模型；

（2）利用旋转平台调整光谱成像系统的视场，使光谱成像系统依次对准已扫描的各个子区域，获取各个子区域的光谱图像；

（3）计算机控制系统将各个子区域内各点的三维信息与相应子区域的光谱图像进行匹配，生成各个子区域的光谱三维模型；最后将各个子区域的光谱三维模型合成，得到整个被测目标的光谱三维模型。

所述激光三维扫描系统采用点扫描方式或者线扫描方式或者面扫描方式。

获取某一子区域的光谱图像的同时，对该子区域的下一子区域进行三维信息获取。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明用计算机等技术将每一点的多光谱信息匹配到三维立体模型中，从而实现光谱三维成像功能，通过此方法不仅可以分析目标的三维形貌，还可以分析目标的光谱特征，在军事侦察、能源勘探等领域有重要意义；

（2）本发明通过将三维激光扫描视场和光谱成像系统拍摄视场设置为大小、形状相同且相互错开的方法，可以同时采集目标子区域的三维数据和相邻子区域的光谱图像，既可以避免因激光照射对光谱成像产生的误差，又可为目标空间三维数据与光谱图像的匹配节约时间；

（3）本发明结合激光扫描系统和光谱成像系统，不仅能生成带有目标颜色信息的立体三维模型，还能分析目标每一点光谱特征，对工程测量、森林和农业、军事勘察等领域都具有重大应用价值。

附图说明

图1为本发明的原理框图。