[发明专利]一种自旋转十字线激光扫描的环境三维形貌感知装置

说明书

针对现有技术中激光扫描速度慢、精度不高的问题，本发明提供一种自旋转十字线激光扫描的环境三维形貌感知装置，包括激光扫描装置和用于对激光扫描装置发出的光线进行竖直方向调节的焦点调整机构；所述的激光扫描装置包括旋转激光发生器和用于接收反射光的激光接收器，其中，所述的旋转激光发生器能够发出十字线激光并绕自身光轴旋转，从而对环境三维形貌进行扫描。本发明通过十字线激光器绕自身光轴旋转扫描，将待测物分为四象限，仅需将入射的十字线光源旋转90°就可以获得被扫描物体整个表面形貌的点云数据，实现被测物的三维形貌感知。

技术领域

本发明属于光扫描器和感测设备领域，具体涉及一种自旋转十字线激光扫描的环境三维形貌感知装置。

背景技术

传统的激光扫描测绘利用时间差法或三角法进行距离的测量，多借助线结构激光沿着水平或垂直方向扫描实现三维测量，受扫描精度和速度的制约，难以实现快速测量。

如图1，为三角法测距原理，激光发射端A发出的光经过透镜准直会聚后照射到被测对象表面的被测点B，被测点B反射光经过接收端透镜会聚后在激光接收端的光电传感器（CCD\CMOS等器件）上形成光斑。世界坐标系和像平面坐标系坐标轴平行，二者的原点和接收透镜的焦点共轴线，传感器上光斑像点坐标为E（u，v），激光接收端透镜焦距为f，激光器发射端A和激光接收端中心点C间距为P，被测量点到测量系统垂直距离为D，其水平面投影为D’，被测点到发射端和接收端中心点的距离为d，在水平基准面上激光光轴与x轴夹角为。根据三角形相似原理以及三角形几何尺寸关系，可以计算出被测表面上点到测量系统的距离D及到旋转中心的距离d。计算中使用到的像平面点坐标，可以通过传感器的敏感单元尺寸和像素坐标计算，并需要考虑像坐标系原点位置的偏移量。

其中， ；/ ；/ 。

如图2，为传统的激光旋转扫描三维测量系统，通过测量激光线上各点到测量系统的距离，获得被测表面垂直或水平线上点云数据，通过系统绕旋转轴F转动，带动激光线沿着水平扫描，实现视角范围内的扫描成像。这样扫描的速度受到旋转速度和处理速度的限制，难以实现快速的测绘，同时旋转角度分辨率会影响到测量光线的间隔，限制三维形貌测绘的分辨率。

根据图1~2可知，激光扫描是利用三角法测距原理进行激光测距获得被测表面垂直或水平线上点云数据，但是激光旋转扫描测量系统难以实现快速的测绘，同时分辨率较低。

发明内容

针对现有技术中激光扫描速度慢、精度不高的问题，本发明提供一种自旋转十字线激光扫描的环境三维形貌感知装置，其结构简单、测量速度快。

所述的一种自旋转十字线激光扫描的环境三维形貌感知装置，包括激光扫描装置和用于对激光扫描装置发出的光线进行竖直方向调节的焦点调整机构；所述的激光扫描装置包括旋转激光发生器和用于接收反射光的激光接收器，其技术方案是：所述的旋转激光发生器能够发出十字线激光并绕自身光轴旋转，从而对环境三维形貌进行扫描。

进一步的，所述的旋转激光发生器由旋转机构和激光发生机构组成，其中，所述的旋转机构包括控制电路板、旋转电机和法兰盘；所述的控制电路板电连接并控制旋转电机正/反转；旋转电机的输出轴连接有法兰盘；

其中，激光发生机构包括十字线激光发生器和激光器安装筒；所述的十字线激光发生器同轴固定在激光器安装筒内，激光器安装筒的筒底通过螺栓连接法兰盘。

进一步的，所述的激光器安装筒上设置有用于固定连接线的线槽。

进一步的，所述的焦点调整机构包括L形固定支架板、调整电机和固定底座；其中，L形固定支架板中的水平面板与激光扫描装置可拆卸固定连接；L形固定支架板中垂直水平面的侧面板通过金属圆盘固定连接至调整电机的输出端；调整电机电连接控制电路板，且该调整电机外壳上设置有两个接耳；所述的接耳与固定底座固定连接。