[发明专利]背包式三维激光扫描与立体成像组合系统及数据获取方法

说明书

本发明公布了一种背包式三维激光扫描与立体成像组合系统及数据获取方法，组合系统，包括二维激光雷达、双目立体相机、惯性测量单元IMU、全球卫星定位系统GPS天线、控制单元、移动电源、支撑杆；各个部件集成设置于背包框架内。控制单元设置软件模块，通过线缆与部件连接，用于控制双目立体相机拍摄和激光雷达采集数据，同时记录IMU和GPS获取的定位和定姿数据；并对获取的数据进行后处理操作，得到并输出三维点云数据，具有位置、姿态信息的彩色影像和/或深度图像数据。本发明集成度高，具有信息量丰富、可量测、便于使用、扩展性强、成本低的技术优势，可广泛应用在资源定量测量和参数反演应用领域。

技术领域

本发明涉及三维数据获取技术，尤其涉及一种背包式三维激光扫描与立体成像组合系统及数据获取方法。

背景技术

随着三维建模、数字城市、森林资源管理、森林参数反演等应用对真三维景观的需要，快速、准确获取目标场景的三维信息已经凸显出较高的经济价值和应用前景。三维激光雷达系统作为主动遥感技术通过向被测物体发射激光束的方式，无需接触被测量物体，能够快速、准确的获取空间场景三维点云数据。三维激光雷达系统可以根据搭载平台的不同分为机载激光雷达系统、车载激光雷达系统、地基激光雷达系统和便携激光雷达系统等。不同平台的三维激光雷达系统所针对的应用场景具有较大的差异。机载激光雷达系统适用于大范围的获取场景顶部的三维点云数据。车载激光雷达系统适用于获取城市路网数据，可有效获取道路两侧地物的三维点云数据，能够与机载雷达系统形成优势互补。地基激光雷达系统使用灵活，适用于小场景局部目标三维信息的获取，但扫描速度慢，后期点云拼接效率低。便携式激光雷达系统可方便的对小型工件进行手持扫描，常用于逆向工程。随着不同需求的涌现，应用激光雷达技术的领域多种多样，在森林资源管理、森林参数反演研究调查领域就急需一种便携、灵活、高精度、实时性强、自动化程度高、可单人作业的三维激光扫描和深度图像获取的作业系统，主要用于常规三维激光扫描系统不能到达和采集的复杂地形区域，以及获取带有位置、姿态信息的彩色影像和深度图像数据。

发明内容

为了克服上述现有三维激光雷达系统的不足，本发明提供一种可单人背负幷可以在移动过程中获取高精度、高密度三维点云与高清连续带有位置和姿态信息的彩色影像和深度图像数据的轻量级背负式移动三维场景数据采集系统。该系统将二维激光雷达、双目立体相机、定位定姿设备集成一体，形成背包式系统，实现三维信息数据获取，包括对三维空间场景扫描与立体成像，能够解决当前尚未有一种在复杂地形中由单人背负可在移动过程中快速获取真实场景的高精度三维点云、带有位置、姿态信息的高清连续彩色影像和深度图像数据，以及解决当前三维激光雷达系统在地物精细结构参数计算应用中系统复杂、体积大、成本高、使用条件苛刻之间矛盾的问题。

本发明提供的背包式三维激光扫描与立体成像组合系统不同于其他三维激光扫描系统，由于其采用了背负式扫描方法，不依附于任何机动载体平台就可进入车载移动测量系统无法进入的复杂地形区域，如路面崎岖不平、林间小道等车辆无法通行的环境。本系统集成了全球定位系统和惯性测量单元，可无需进行点云人工拼接，在行进过程中就能够快速扫描三维场景，幷得到带有位置、姿态信息的彩色影像和深度图像数据，为用户提供快速、机动、灵活的单人背包式三维激光扫描、彩色影像与深度图像采集解决方案。

本发明提供的技术方案是：

一种背包式三维激光扫描与立体成像组合系统，该系统包括硬件部分和软件部分，可同步获取场景中目标地物的三维点云数据和带有位置、姿态信息的彩色影像和高清连续的深度图像数据。

所述背包式三维激光扫描与立体成像组合系统，硬件部分包括二维激光雷达、双目立体相机、惯性测量单元(IMU)、全球卫星定位系统(GPS)天线、控制单元、移动电源、支撑杆、背包框架、移动工作站，除移动工作站外各个组件由背包框架刚性集成为一体。

其中，双目立体相机安装在支撑杆上，与背包框架连接固定，位于背包框架的中部，二维激光雷达位于背包框架的一侧，两个GPS天线分别位于背包框架的两侧，IMU与移动电源位于背包框架的底部。