[发明专利]同步获取地物信息的激光扫描多维近距遥感系统及方法

权利要求书

1.一种激光扫描多维近距遥感系统，包括影像数据获取单元、固定块、二维激光雷达、旋转偏振镜、高精度脉冲旋转台、连接底座、信号传输电缆、电源、脉冲旋转台控制器和控制单元；用于同步获取地物偏振属性、反射强度和颜色信息；

所述影像数据获取单元位于系统的上部；二维激光雷达置于系统的中部；高精度脉冲旋转台位于系统的下部；旋转偏振镜位于二维激光雷达正前方；高精度脉冲旋转台由连接底座通过脚架刚性固定连接；影像数据获取单元通过固定块与二维激光雷达固定连接；

影像数据获取单元用于每隔一定角度拍摄获取扫描场景图像；二维激光雷达用于扫描得到中心到目标表面距离、扫描角度和反射强度信息；影像数据获取单元的拍摄方向与二维激光雷达的扫描方向一致；

二维激光雷达和高精度脉冲旋转台的控制器由电源供电；脉冲旋转台控制器用于控制高精度脉冲旋转台的转速；旋转偏振镜用于通过调节偏振镜旋转角度实现重复对场景进行扫描

控制单元用于控制二维激光雷达和脉冲旋转台控制器，通过信号传输电缆传输指令和接收信号，包括：接收二维激光雷达扫描得到的中心到目标表面距离、扫描角度和反射强度信息，并计算得到带有反射强度信息的三维点云数据；接收影像数据获取单元同步获取的扫描场景图像，生成全景影像与三维点云；再将点云与全景影像信息进行融合，生成彩色三维点云，由此得到扫描场景三维空间带有色彩和反射强度信息的三维点云数据。

2.如权利要求1所述的激光扫描多维近距遥感系统，其特征是，所述电源为220V UPS电源。

3.如权利要求1所述的激光扫描多维近距遥感系统，其特征是，可人为调节偏振镜的旋转角度，以每隔15度、30度或45度角进行旋转。

4.如权利要求1所述的激光扫描多维近距遥感系统，其特征是，所述控制单元用于设置二维激光雷达的扫描分辨率和扫描频率参数；还可用于设置脉冲旋转台控制器的转速参数。

5.如权利要求1所述的激光扫描多维近距遥感系统，其特征是，影像数据获取单元拍摄彩色图像的间隔角度为72°，同步获取的扫描场景图像为5幅。

6.一种利用激光扫描多维近距遥感系统同步获取地物信息的方法，同步获取地物信息包括地物偏振属性、反射强度和彩色点云数据；所述系统包括影像数据获取单元、固定块、二维激光雷达、旋转偏振镜、高精度脉冲旋转台、连接底座、信号传输电缆、电源、脉冲旋转台控制器和控制单元；所述同步获取地物信息的方法包括如下步骤：

1)将所述系统安置在扫描对象前，将旋转偏振镜旋转到初始位置，接通电源，打开脉冲旋转台控制器，设置扫描参数，开始扫描；

2)通过二维激光雷达扫描获取扫描对象在极坐标系下的距离、角度及相应的反射强度信息；控制单元根据旋转台的转速将极坐标系下的距离信息和角度信息转换为三维点云，标记为点云A；同时通过影像数据获取单元每隔72°拍摄得到一张彩色图像，共获取5张反射彩色图像；

3)将旋转偏振镜转过一定角度，相同参数下重复对场景进行扫描，获取点云B；

4)采用迭代最近点ICP算法，将点云A和点云B进行配准，得到点云A中任一点在点云B中对应点组成点对，点对的反射强度差异即地物的偏振属性；

5)将步骤2)获取的5张反射彩色图像拼接生成全景影像；全景影像与三维点云做异源数据配准，得到三维点与全景相元映射关系，从而生成带有彩色信息的三维点云数据。

7.如权利要求6所述的同步获取地物信息的方法，其特征是，步骤2)获得点云A，具体通过式1计算得到：

式1中，r为极坐标系的距离；θ为极坐标系的角度；激光雷达每一次扫描记录下的时间为t；旋转台的转速v；生成实际场景下的三维点云，即点云A。

8.如权利要求6所述的同步获取地物信息的方法，其特征是，步骤5)具体将获取的5张影像数据进行配准生成一张宽为W高为H的全景影像；再通过式2建立点云与影像数据的映射关系：

其中，m和n分别为点云映射在全景影像上的位置；根据映射将全景影像中像元的RGB值映射给三维点云，由此产生彩色三维点云。