[发明专利]一种避免遮挡的三维激光扫描系统

说明书

本发明提供一种避免遮挡的三维激光扫描系统，所述的扫描系统包括云台、设置在云台上的旋转盘，以及设置在旋转盘上的旋转臂，所述的旋转臂的端部设置有二维激光扫描仪；通过旋转盘转动带动旋转臂驱动二维激光扫描仪转动，二维激光扫描仪在被带着转动的同时进行扫描测距。本发明通过遮挡物的大小，调整旋转臂的长度，从而进一步减少遮挡物的遮挡，本发明利用长臂结构把激光扫描中心与云台旋转中心分离，使得激光不在是从一点发出，而是沿着旋转轨迹发出，增大了激光扫描系统的扫描覆盖区域，有效的减小了被遮挡的扫描区域；解决对未知复杂度场景内的被遮挡问题。

技术领域

本发明涉及激光扫描技术领域，尤其是一种避免遮挡的三维激光扫描系统。

背景技术

激光扫描系统的理论研究在现实生活中被广泛应用，如无人驾驶汽车，机器人导航，建筑物重建和遥感。激光扫描系统通过估计从激光雷达发出的光和从远处物体反射的光的到达时间间隔，来测量激光发射点到物体的距离，相比于图像，其不受光照影响有其独特优势。

现有的激光扫描产品的水平扫描旋转中心和竖直扫描旋转中心重合于光源原点，所以可看作是所有扫描光线都是从光源原点发出，故而存在单点光源情况下的遮挡问题，周围物体距离光源原点越近，物体尺寸越大，遮挡现象就越严重。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种避免遮挡的三维激光扫描系统，本发明通过改变激光扫描系统的，水平扫描旋转中心和竖直扫描旋转中心的距离，并使竖直扫描旋转中心围绕水平扫描旋转中心旋转，采用行星环绕的扫描方法来达到减小被遮挡区域的效果，并且可根据物体的尺寸及距离，调整系统，以减少被遮挡区域。

本发明的技术方案为：一种避免遮挡的三维激光扫描系统，所述的扫描系统包括云台、设置在云台上的旋转盘，以及设置在旋转盘上的旋转臂，所述的旋转臂的端部设置有二维激光扫描仪；通过旋转盘转动带动旋转臂驱动二维激光扫描仪转动，二维激光扫描仪在被带着转动的同时进行扫描测距；扫描方法具体如下：

S1)、设定云台的旋转盘的旋转中心为坐标原点O_base，一维云台的旋转盘的旋转面为基平面，二维激光扫描仪的扫描面为扫描平面Π_scan；二维激光扫描仪的扫描中心O_scan与坐标原点O_base之间的距离即为扫描臂长度R；

S2)、设定遮挡物在基平面上的投影的最小外接圆半径为r，基平面中心O_base到遮挡物中心C_occlusion的距离为d_occlusion，则被遮挡区域的面积S，其计算式如下：

S3)、根据给定的遮挡物在基平面上的投影的最小外接圆半径r′和基平面中心O_base到遮挡物中心C_occlusion的距离允许的最大遮挡面积S^*，根据上式得到扫描臂长度R′；

S4)、进行三维场景激光扫描，扫描中心O_scan在基平面上绕Z轴旋转，旋转角度为在扫描平面上Π_scan，从扫描中心O_scan发出测距激光，发射角度为θ_LIDAR，测得距离为d_LIDAR，得到一个扫描点选择不同的旋转角度和发射角度按上述方式扫描，可以得到扫描点集合

S5)、根据扫描臂长度R′将扫描点集合Q转换为以坐标原点O_base为中心的空间点集P。

优选的，可由下式得到空间点集P的笛卡尔坐标：