機載彩色三維掃描激光雷達制造技術

一種機載彩色三維掃描激光雷達，包括激光發射單元、掃描單元、信號探測單元、時序控制電路和計算機數據處理單元，掃描單元包括電機驅動、電機、多面體掃描轉鏡和角度編碼器，電機驅動、電機、多面體掃描轉鏡依次連接，角度編碼器與電機連接，所述激光發射單元包括依次連接的激光器驅動、彩色激光光源、光學發射系統和PIN探測器，所述信號探測單元包括依次連接的接收光學系統、彩色激光信號探測器、多通道數據采集單元；時序控制電路和激光器驅動、PIN探測器、多通道數據采集單元分別連接。本發明專利技術可同時獲取目標地物的彩色激光光譜信息和激光點云信息，從而通過三維重構獲取目標的彩色激光成像，增強激光雷達的彩色分辨能力。

【技術實現步驟摘要】
機載彩色三維掃描激光雷達
本專利技術涉及測繪遙感
，尤其涉及一種機載彩色三維掃描激光雷達。
技術介紹
機載對地觀測激光雷達技術是實現大尺度三維成像對地探測的重要遙感手段，在快速獲取三維空間信息方面具有突出優點。但由于受制于單一紅外激光波長限制，難以獲取有效的地物光譜特征，通常需要匹配一臺彩色成像相機進行同時探測，以獲取相應的紋理和彩色光譜信息。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種一維線陣掃描彩色激光雷達，通過機載平臺，可實現彩色三維掃描成像探測。該技術在現有機載激光雷達單一紅外激光光源的基礎上，發展成彩色激光掃描探測，直接獲取具有彩色激光光譜信息的點云數據，全面提升機載激光雷達對地探測的能力。本專利技術技術方案提供一種機載彩色三維掃描激光雷達，包括激光發射單兀、掃描單元、信號探測單元、時序控制電路和計算機數據處理單元，掃描單元包括電機驅動、電機、多面體掃描轉鏡和角度編碼器，電機驅動、電機、多面體掃描轉鏡依次連接，角度編碼器與電機連接，時序控制電路和計算機數據處理單元、電機驅動、角度編碼器分別連接，其特征在于:所述激光發射單元包括依次連接的激光器驅動、彩色激光光源、光學發射系統和PIN探測器，所述信號探測單元包括依次連接的接收光學系統、彩色激光信號探測器、多通道數據采集單元；時序控制電路和激光器驅動、PIN探測器、多通道數據采集單元分別連接， 所述彩色激光光源包括紅光脈沖激光光源、綠光或黃光脈沖激光光源、藍光脈沖激光光源以及紅外光脈沖激光光源，在激光器驅動的作用下彩色激光光源發出的各脈沖激光經發射光學系統合成激光束后，部分光信號經PIN探測器作為觸發信號輸入時序控制電路，其他部分光信號入射到多面體掃描轉鏡，經多面體掃描轉鏡對目標地物進行彩色激光一維線性掃描，所產生回波信號經多面體掃描轉鏡反射到接收光學系統，接收光學系統捕獲的信號經彩色激光信號探測器探測所得彩色光譜和距離信息被輸送至多通道數據采集單元，時序控制電路對多通道數據采集單元進行時序控制，并反饋采集結果到計算機數據處理單J Li ο而且，發射光學系統包括第一全反射鏡、第二全反射鏡、第三全反射鏡、第四全反射鏡及第一分光濾光片、第二分光濾光片、第三分光濾光片； 由綠光或黃光脈沖激光光源輸出的綠光脈沖激光經過第二全反射鏡反射后，入射到第一分光濾光片，與紅光脈沖激光光源輸出的紅光脈沖激光合為一束光線；由藍光脈沖激光光源輸出的藍光脈沖激光經第三全反射鏡反射，再通過第二分光濾光片后，與綠光脈沖激光和紅光脈沖激光合束的光線進一步合為一束彩色激光，并經第一全反射鏡和第四全反射鏡后輸出并入射到第三分光濾光片，彩色激光與紅外光脈沖激光光源輸出的紅外脈沖激光經第三分光濾光片后合成最終的激光束。而且，多面體掃描轉鏡采用多面體的掃描棱鏡實現，接收光學系統包括接收反射鏡，準直透鏡，第四分光濾光片、第五分光濾光片、第六分光濾光片，第一窄帶濾光片、第二窄帶濾光片、第三窄帶濾光片、第四窄帶濾光片，第一聚焦透鏡、第二聚焦透鏡、第三聚焦透鏡、第四聚焦透鏡，和第一光電探測器、第二光電探測器、第三光電探測器、第四光電探測器。而且，發射光學系統所得激光束入射到掃描棱鏡，通過掃描棱鏡進行激光掃描，目標地物激光回波信號返回到掃描棱鏡上，并且反射到接收反射鏡上，接收反射鏡將回波信號經準直透鏡入射到第六分光濾光片，通過該第六分光濾光片將彩色回波激光和紅外回波激光信號分成兩個通道分別接收和探測；紅外激光回波信號透射后入射到第一窄帶濾光片，經第一聚焦透鏡后入射到第一光電探測器上；彩色回波信號經第六分光濾光片反射后，入射到第五分光濾光片，紅色激光回波信號經第五分光濾光片反射后進入第二窄帶濾光片，通過第二聚焦透鏡入射到第二光電探測器上；藍色激光回波信號和綠色或黃色激光回波信號由第五分光濾光片透射后，入射到第四分光濾光片，其中藍色激光回波信號經第四分光濾光片反射進入第四窄帶濾光片，通過第三聚焦透鏡后入射到第三光電探測器上，綠色或黃色激光回波信號經第四分光濾光片透射后入射到第三窄帶濾光片，通過第四聚焦透鏡后入射到第四光電探測器上。而且，綠光或黃光脈沖激光光源、紅光脈沖激光光源、藍光脈沖激光光源、紅外光脈沖激光光源均采用全固態脈沖激光器。而且，所述全固態脈沖激光器的波長范圍為，420_500nm范圍內的藍色激光波長，520-570nm范圍內的綠色激光波長或570_590nm范圍內的黃色激光波長，620-780nm范圍內的紅色激光波長，1000-2000nm范圍內的紅外激光波長。本專利技術提供的一種機載彩色三維掃描激光雷達,不同于現有機載激光雷達的單一紅外激光光源，采用多個可見光波段范圍的激光和紅外激光作為發射光源合成彩色激光光源，通過多面體轉鏡進行線陣掃描，從而實現彩色三維激光掃描成像探測。可同時獲取目標地物的彩色激光光譜信息和激光點云信息，從而通過三維重構獲取目標的彩色激光成像，增強激光雷達的彩色分辨能力。可采用高峰值功率、高重頻的全固態激光器，增加系統的穩定性，減少體積和重量，相對安全，提高了系統的可行性。【附圖說明】圖1為本專利技術實施例的機載彩色三維掃描激光雷達結構示意圖。圖2為本專利技術實施例的彩色激光合束發射原理圖。圖3是本專利技術實施例的彩色激光掃描接收原理圖。【具體實施方式】 根據光的三原色合成彩色的原理，通過對現有單波長激光雷達技術增加可見光范圍內的紅綠藍R.G.B或者紅黃藍R.Y.B三色合成的彩色激光波長，使其探測數據具有彩色光譜回波強度和距離信息。通過機載平臺實現推掃式的三維彩色激光掃描成像探測，直接獲取機載激光雷達三維空間信息和彩色激光光譜信息，使激光雷達在保留三維空間分辨能力的同時，還兼具彩色光譜判別能力。機載彩色三維掃描激光雷達可一次生成具有彩色激光光譜信息的激光掃描成像數據，具有更高的光譜分辨能力和地物識別能力，全面提高激光雷達地物識別的精度和地物遙感探測的能力和應用范圍。本專利技術主要對彩色激光發射及探測部分進行改進。以下結合附圖和實施例詳細說明本專利技術技術方案。參見圖1，本專利技術實施例提供的機載彩色三維掃描激光雷達包括激光發射單元、掃描單元、信號探測單元、時序控制電路11、計算機數據處理單元13，一般還設置穩定平臺及位置和姿態測量單元。實施所述的激光發射單元，進行彩色激光發射，包括依次連接的激光器驅動1、彩色激光光源2、光學發射系統3、PIN探測器4 ;所述的掃描單兀,包括電機驅動5、電機6、多面體掃描轉鏡7和角度編碼器12,電機驅動5、電機6、多面體掃描轉鏡7依次連接，電機6和角度編碼器12連接；所述的信號探測單元，包括依次連接的接收光學系統8、彩色激光信號探測器9、多通道數據采集單元10。時序控制電路11和計算機數據處理單元13、電機驅動5、角度編碼器12、激光器驅動1、PIN探測器4、多通道數據采集單元10分別連接。穩定平臺即機載平臺系統，位置和姿態測量單元包括:激光掃描器系統的控制系統；DGPS及MU慣性導航單元；高分辨率航拍相機；系統控制及數據實時記錄存儲單元四部分；其中，各部分用以太網協議交換數據，用航空電池或飛行平臺供電。激光器驅動1、PIN探測器4、電機驅動5、多通道數據采集單元10、時序控制電路11、角度編碼器12、計算機數據處理單元13、穩定平臺、位本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種機載彩色三維掃描激光雷達，包括激光發射單元、掃描單元、信號探測單元、時序控制電路和計算機數據處理單元，掃描單元包括電機驅動、電機、多面體掃描轉鏡和角度編碼器，電機驅動、電機、多面體掃描轉鏡依次連接，角度編碼器與電機連接，時序控制電路和計算機數據處理單元、電機驅動、角度編碼器分別連接，其特征在于：所述激光發射單元包括依次連接的激光器驅動、彩色激光光源、光學發射系統和PIN探測器，所述信號探測單元包括依次連接的接收光學系統、彩色激光信號探測器、多通道數據采集單元；時序控制電路和激光器驅動、PIN探測器、多通道數據采集單元分別連接，所述彩色激光光源包括紅光脈沖激光光源、綠光或黃光脈沖激光光源、藍光脈沖激光光源以及紅外光脈沖激光光源，在激光器驅動的作用下彩色激光光源發出的各脈沖激光經發射光學系統合成激光束后，部分光信號經PIN探測器作為觸發信號輸入時序控制電路，其他部分光信號入射到多面體掃描轉鏡，經多面體掃描轉鏡對目標地物進行彩色激光一維線性掃描，所產生回波信號經多面體掃描轉鏡反射到接收光學系統，接收光學系統捕獲的信號經彩色激光信號探測器探測所得各脈沖激光的強度和目標地物距離信息被輸送至多通道數據采集單元，時序控制電路對多通道數據采集單元進行時序控制，并反饋采集結果到計算機數據處理單元。...

【技術特征摘要】
1.一種機載彩色三維掃描激光雷達，包括激光發射單元、掃描單元、信號探測單元、時序控制電路和計算機數據處理單元，掃描單元包括電機驅動、電機、多面體掃描轉鏡和角度編碼器，電機驅動、電機、多面體掃描轉鏡依次連接，角度編碼器與電機連接，時序控制電路和計算機數據處理單元、電機驅動、角度編碼器分別連接，其特征在于:所述激光發射單元包括依次連接的激光器驅動、彩色激光光源、光學發射系統和PIN探測器，所述信號探測單元包括依次連接的接收光學系統、彩色激光信號探測器、多通道數據采集單元；時序控制電路和激光器驅動、PIN探測器、多通道數據采集單元分別連接， 所述彩色激光光源包括紅光脈沖激光光源、綠光或黃光脈沖激光光源、藍光脈沖激光光源以及紅外光脈沖激光光源，在激光器驅動的作用下彩色激光光源發出的各脈沖激光經發射光學系統合成激光束后，部分光信號經PIN探測器作為觸發信號輸入時序控制電路，其他部分光信號入射到多面體掃描轉鏡，經多面體掃描轉鏡對目標地物進行彩色激光一維線性掃描，所產生回波信號經多面體掃描轉鏡反射到接收光學系統，接收光學系統捕獲的信號經彩色激光信號探測器探測所得各脈沖激光的強度和目標地物距離信息被輸送至多通道數據采集單元，時序控制電路對多通道數據采集單元進行時序控制，并反饋采集結果到計算機數據處理單元。2.根據權利要求1所述機載彩色三維掃描激光雷達，其特征在于:發射光學系統包括第一全反射鏡、第二全反射鏡、第三全反射鏡、第四全反射鏡及第一分光濾光片、第二分光濾光片、第三分光濾光片； 由綠光或黃光脈沖激光光源輸出的綠光脈沖激光經過第二全反射鏡反射后，入射到第一分光濾光片，與紅光脈沖激光光源輸出的紅光脈沖激光合為一束光線；由藍光脈沖激光光源輸出的藍光脈沖激光經第三全反射鏡反射，再通過第二分光濾光片后，與綠光脈沖激光和紅光脈沖激光合束的光線進一步合為一束彩色激光，并經第一全反射鏡和第四全反射鏡后輸出并入射到第三分光濾光片，彩色激光與紅外光脈沖激光光源輸出的紅外脈沖激光經第三分光濾光片后合成最終的激光...

【專利技術屬性】
技術研發人員：宋沙磊，龔威，祝波，史碩，李德仁，
申請(專利權)人：武漢大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42