[發明專利]光譜三維成像系統及成像方法

有效

• 申請號: 201410108140.0
• 申請日: 2014-03-21
• 公開（公告）號: CN103868500A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 謝衛;謝佳麗;蔣曉軍
• 申請（專利權）人: 無錫市星迪儀器有限公司
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙) 32104
• 代理人: 曹祖良;劉海

技術領域

本發明涉及一種光譜三維成像系統及成像方法，尤其是一種利用激光三維掃描技術與光譜成像技術的光譜三維成像系統及成像方法，屬于光譜分析及三維成像領域。

背景技術

三維激光掃描技術是一種全新的高精度、高分辨率的實現三維空間信息獲取、三維建模的方法，是場景建模和三維數據獲取技術中最新的一種。它采用主動非接觸式測量方法獲取高精度三維數據，在激光光路中加入高速運動的掃描裝置能夠快速、高密度獲取目標表面的三維數據。其應用領域包括工程測繪、計算機圖形學、逆向工程、模具設計、考古學等。

傳統的大地測量方法都是基于點的測量，而三維激光掃描是基于面的數據采集方式，通過一定掃描方式對目標進行完整的點云數據獲取后，利用專門的軟件來讀取和處理這些點云數據，最后建立目標的三維立體模型。但是僅靠掃描儀獲取的點云數據只能獲得各點在空間中位置關系，不能獲取目標的色彩信息，也不能獲取目標的更多光譜特征信息。

在《彩色三維激光掃描測量方法的研究》一文中許智欽等人提出在單色三維激光掃描測量數據上運用彩色信息獲取、彩色貼圖以及坐標計算等技術，實現了彩色三維激光掃描測量，系統在測量時先用CCD攝像機采集被測目標的彩色照片，然后用濾光片獲取被測表面反射激光的單色信號，并利用步進電機實現整個被測表面的三維測量，最后通過貼圖技術將目標彩色信息匹配到各點上。在《光帶法激光三維彩色數字化技術》一文中，孫宇臣等人基于光學三角形原理的光帶法激光三維數字化技術，采用直接拍照的方法實現對目標的彩色數字化，并利用傳感器標定技術實現了三維信息與彩色信息的匹配，從而得到目標的三維彩色數字化模型，這種方法與許智欽等人提出的方法原理上都是利用彩色CCD對被測目標進行成像，但是在系統標定技術上有所不同。這兩種方法雖然都能夠獲得被測目標的彩色三維信息，改進了三維立體模型的色彩效果，但利用彩色相機在光照條件不理想的情況下就無法真實還原被測目標的色彩信息，另外，彩色相機拍攝的圖片并不能獲取目標多個波段的光譜信息，對目標的探測和識別作用也不明顯。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種光譜三維成像系統及成像方法，獲取目標的表面三維信息和多光譜信息，將多光譜信息匹配到三維立體模型中，實現光譜三維成像。

按照本發明提供的技術方案，所述光譜三維成像系統，其特征是，包括：

旋轉平臺；

光譜成像系統，設置在旋轉平臺上，用于獲取被測目標的多個波段的光譜圖像；?

激光三維掃描系統，設置在旋轉平臺上，用于獲取被測目標的空間三維距離信息，生成被測目標的三維立體模型；

其中，所述激光三維掃描系統生成的三維立體模型和光譜成像系統獲取的光譜圖像輸入至計算機控制系統，計算機控制系統將三維立體模型和光譜圖像匹配以生成光譜三維模型。

所述光譜三維成像方法，其特征是，采用以下方法：

（1）激光三維掃描系統對被測目標的若干子區域同時進行三維信息獲取，生成各個子區域范圍內的目標的三維立體模型；

（2）利用旋轉平臺調整光譜成像系統的視場，使光譜成像系統依次對準已掃描的各個子區域，獲取各個子區域的光譜圖像；

（3）計算機控制系統將各個子區域內各點的三維信息與相應子區域的光譜圖像進行匹配，生成各個子區域的光譜三維模型；最后將各個子區域的光譜三維模型合成，得到整個被測目標的光譜三維模型。

所述激光三維掃描系統采用點掃描方式或者線掃描方式或者面掃描方式。

獲取某一子區域的光譜圖像的同時，對該子區域的下一子區域進行三維信息獲取。

與現有技術相比，本發明的優點在于：

（1）本發明用計算機等技術將每一點的多光譜信息匹配到三維立體模型中，從而實現光譜三維成像功能，通過此方法不僅可以分析目標的三維形貌，還可以分析目標的光譜特征，在軍事偵察、能源勘探等領域有重要意義；

（2）本發明通過將三維激光掃描視場和光譜成像系統拍攝視場設置為大小、形狀相同且相互錯開的方法，可以同時采集目標子區域的三維數據和相鄰子區域的光譜圖像，既可以避免因激光照射對光譜成像產生的誤差，又可為目標空間三維數據與光譜圖像的匹配節約時間；

（3）本發明結合激光掃描系統和光譜成像系統，不僅能生成帶有目標顏色信息的立體三維模型，還能分析目標每一點光譜特征，對工程測量、森林和農業、軍事勘察等領域都具有重大應用價值。

附圖說明

圖1為本發明的原理框圖。