[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

说明书

本发明公布了一种同步获取地物信息的激光扫描多维近距遥感系统及同步获取方法，包括二维激光雷达、旋转偏振镜、高精度脉冲旋转台、影像数据获取单元，用于同时获取扫描地物三维立体空间中偏振信息、反射强度和三维彩色点云；本发明提供一种兼具同步获取偏振、反射强度信息和彩色点云能力的三维激光雷达，结构紧凑简单、性能可靠稳定，成本低、精度适中、近距、可多维获取信息，可广泛应用于室内外多种环境下的带有偏振信息、反射强度信息的三维彩色点云数据获取，解决当前三维激光雷达在植物定量测量和参数反演应用中存在信息量不足、设备复杂体积大、精度过剩和成本高昂之间的矛盾的问题。

技术领域

本发明涉及激光扫描多维近距遥感数据获取技术，尤其涉及一种同步获取地物偏振属性、反射强度和彩色点云信息的激光扫描多维近距遥感系统及同步获取方法。

背景技术

遥感技术可以在远离目标和非接触目标的条件下探测目标物体，激光雷达作为一种新兴的主动遥感技术，因其可以快速、准确获取扫描对象表面三维点云数据，使三维激光雷达在三维建模、数字城市、文物保护、植物参数定量测量和反演等方面取得了大量成功应用。随着需求不断提出，对激光雷达的发展提出了新的要求。偏振激光雷达由于光束集中、脉冲能量大能够获取长距离气溶胶浓度的垂直廓线。反射强度能够反映扫描对象材质的反射电磁波的强弱能力，有助于探知目标的材料属性。彩色点云能够反映扫描目标光谱信息，有助于地物分类。当前，已有的三维激光雷达能够获取扫描对象的表面三维点云数据，但系统复杂、价格高昂、对于精度要求较低、近距扫描应用中性能明显过剩。而二维激光雷达测量扫描对象的距离信息和表面反射强度信息，仅能够获取平面廓线上的扫描距离，信息维度低、表现内容少，无法感知复杂三维场景。影像传感器可以记录拍摄目标的影像数据并感知环境的光照信息，能够反映拍摄对象颜色信息，但数据的可量测能力不足。现有的三维激光雷达技术还无法实现同步获取偏振、反射强度信息和彩色点云信息，无法满足诸多应用领域对价格低廉、满足一定精度要求、近距、多维信息获取的要求，因此，迫切需要一种同步获取地物偏振属性、反射强度和颜色信息的激光扫描多维近距遥感装置和遥感数据获取技术方案。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种同步获取地物信息的激光扫描多维近距遥感系统及同步获取方法，该系统是一种兼具同步获取偏振、反射强度信息和彩色点云能力的低成本、精度适中、近距、可多维信息获取的激光雷达设备，能够解决当前尚未有一种兼具同步获取偏振、反射强度信息和彩色点云能力的三维激光雷达，以及当前三维激光雷达在植物定量测量和参数反演应用中存在信息量不足、设备复杂体积大、精度过剩和成本高昂之间的矛盾的问题。

本发明提供的技术方案是：

一种同步获取地物信息的激光扫描多维近距遥感系统(装置)，可同步获取地物偏振属性、反射强度和颜色信息。所述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、脉冲信号电缆、供电电缆、信号传输电缆、电源、脉冲旋转台控制器、控制单元。其中，影像数据获取单元通过固定块与二维激光雷达连接固定，影像数据获取单元处于系统的最上部，二维激光雷达处于装置的中部，旋转台处于装置的下部，旋转偏振镜位于二维激光雷达正前方；二维激光雷达和高精度脉冲旋转台的控制器由电源供电；高精度脉冲旋转台由连接底座通过脚架刚性固定连接；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。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控制器由控制单元控制，通过信号传输电缆传输指令和接收信号。脉冲信号电缆连接高精度脉冲旋转台与控制单元；供电电缆连接电源、高精度脉冲旋转台与二维激光雷达；信号传输电缆连接二维激光雷达和控制单元，将扫描信号传输回控制单元；脉冲旋转台控制器用于控制高精度脉冲旋转台的转速；控制单元接收二维激光雷达扫描中心到目标表面距离、扫描角度和反射强度信息，由控制单元计算得到带有反射强度信息的三维点云数据。影像数据获取单元同步获取的扫描场景图像，扫描场景图像在控制单元中生成全景影像与三维点云，点云与全景影像信息融合后生成彩色三维点云，从而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。