[发明专利]基于激光点阵标识的三维地形传感装置及方法

权利要求书

1.一种基于激光点阵标识的三维地形传感装置，其特征在于，由两个摄像机(1)和两组激光阵列发生器组成；所述每组激光阵列发生器由激光器(6)、准直器(5)、达曼光栅(4)和棱镜组(2)组成，可产生9束能量均匀的激光阵列(3)；每组激光阵列发生器的激光器(6)、准直器(5)、达曼光栅(4)和棱镜组(2)依次在同一光轴上排布，两组激光阵列发生器上下贴合布置，所述激光阵列发生器的轴线与两个摄像机(1)的基线垂直，贴合的两个棱镜组(2)处于两个摄像机(1)的中心位置；

所述激光器(6)的波长λ为0.974μm；

所述达曼光栅(4)为一阶、三周期达曼光栅，周期为18.8μm、相位为π、折射率n为1.4507；通过下式可得达曼光栅(4)的刻蚀深度e为0.63μm：

(ne-e)2πλ=π]]>

所述每个棱镜组(2)由9个梯形调向棱镜组成；所述梯形调向棱镜的折射率为1.4507；位于上方的棱镜组(2)的第一个梯形调向棱镜至第九个梯形调向棱镜的反射面与入射面之间的锲角依次为56.55°、50.18°、39.55°、22.73°、0°、22.73°、39.55°、50.18°、56.55°；位于下方的棱镜组(2)的第一个梯形调向棱镜至第九个梯形调向棱镜的反射面与入射面之间的锲角依次为-48.27°、-39.52°、-25.98°、-7.14°、13.92°、31.85°、44.41°、52.46°、56.72°；

所述两个摄像机(1)之间的基线长度为100mm-200mm；所述棱镜组的长宽高分别为32mm，7mm，8mm。

2.一种根据权利要求1所述装置的三维地形传感方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)激光器6产出的激光束经过准直器5准直后，由达曼光栅4分成9束光路，再由棱镜组2对9束光路进行调向和能量均匀形成激光点阵3；位于上方的棱镜组2形成的激光点阵3位于两个摄像机1的正前方0.75m处，位于下方的棱镜组2形成的激光点阵3位于两个摄像机1的正前方0.91m处；

(2)通过两个摄像机1获取同一场景的地形图像；

(3)采取传统标定法，对步骤2中获得的地形图像的激光点阵3进行杂散光处理，将其作为标定参照物，求取出摄像机模型的内部参数和外部参数，计算出激光阵列3在摄像机1坐标中的位置；

(4)对获取的地形图像进行滤波、锐化、平滑和图像分割等预处理；

(5)将激光点阵3作为匹配对象，利用特征匹配算法对地形图像进行立体匹配；

(6)立体匹配建立了探测地形图像对之间的对应关系后，由三角法测量原理计算出探测目标的三维坐标，获得地形的坡度、相对高度和绝对高度，最终拟合出三维地形。