[實(shí)用新型]一種適用于自然環(huán)境的激光三維掃描設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420198743.X
• 申請(qǐng)日: 2014-04-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203785630U
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張志毅;耿楠;胡少軍;何東健
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北農(nóng)林科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/00
• 分類號(hào): G01B11/00
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于激光三維掃描技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適用于自然環(huán)境的激光三維掃描設(shè)備。

背景技術(shù)

激光三維掃描技術(shù)是近年來(lái)出現(xiàn)的新技術(shù)，在國(guó)內(nèi)越來(lái)越引起研究領(lǐng)域的關(guān)注。它是利用激光測(cè)距的原理，通過(guò)記錄被測(cè)物體表面大量的密集的點(diǎn)的三維坐標(biāo)、反射率和紋理等信息，可快速?gòu)?fù)建出被測(cè)目標(biāo)的三維模型及線、面、體等各種圖件數(shù)據(jù)。由于三維激光掃描系統(tǒng)可以密集地大量獲取目標(biāo)對(duì)象的數(shù)據(jù)點(diǎn)，因此相對(duì)于傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)量，三維激光掃描技術(shù)也被稱為從單點(diǎn)測(cè)量進(jìn)化到面測(cè)量的革命性技術(shù)突破。該技術(shù)在文物古跡保護(hù)、建筑、規(guī)劃、土木工程、工廠改造、室內(nèi)設(shè)計(jì)、建筑監(jiān)測(cè)、交通事故處理、法律證據(jù)收集、災(zāi)害評(píng)估、船舶設(shè)計(jì)、數(shù)字城市、軍事分析等領(lǐng)域也有了很多的嘗試、應(yīng)用和探索。

在自然光照條件下使用激光三維掃描設(shè)備，會(huì)受到太陽(yáng)光、大氣等外界因素的影響。已經(jīng)生產(chǎn)出的一些三維掃描設(shè)備，如車載三維激光掃描儀已經(jīng)可以解決這一問(wèn)題，但成本過(guò)高。為了降低設(shè)備成本，保證激光三維掃描設(shè)備可在自然光照條件下使用，解決CCD/CMOS圖像中激光和自然光的精確區(qū)分問(wèn)題，需要對(duì)激光波段進(jìn)行選擇。選擇激光波段時(shí)要綜合考慮自然環(huán)境中太陽(yáng)光的影響、大氣對(duì)光譜吸收造成的衰減、CCD/CMOS的敏感特性和激光器的安全性限制這四個(gè)問(wèn)題。

現(xiàn)有的適合于室外自然環(huán)境使用的激光三維掃描系統(tǒng)較少。我們?cè)赟CI數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索了2007年至2013年的相關(guān)文獻(xiàn)6篇。現(xiàn)有技術(shù)一是采用脈沖激光的飛行時(shí)間法來(lái)達(dá)到數(shù)據(jù)獲取的目標(biāo)。該技術(shù)要通過(guò)計(jì)算機(jī)主頻時(shí)鐘精確控制激光脈沖的發(fā)射并記錄從發(fā)射到接收到反射信號(hào)的時(shí)間差，以此來(lái)測(cè)算光點(diǎn)的三維信息。因?yàn)橛?jì)算機(jī)主頻時(shí)鐘頻率約為2GHz左右，所以測(cè)量精度(誤差)約為150mm。為提高測(cè)量精度而提高時(shí)鐘頻率時(shí)，成本大幅增加，體積較為龐大。另外，這種設(shè)備所需的光電轉(zhuǎn)換傳感單元要求苛刻，造價(jià)高。以該原理方法制作的設(shè)備適合于對(duì)距離較遠(yuǎn)的物體進(jìn)行測(cè)量，對(duì)近距離小物體的測(cè)量則難以得到詳細(xì)細(xì)節(jié)信息。現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺陷：

(1)成本高，體積龐大，不易攜帶。

(2)技術(shù)實(shí)現(xiàn)不易控制。

(3)分辨率較低，不能測(cè)量較小物體或效果較差。

實(shí)用新型內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種適用于自然環(huán)境的激光三維掃描設(shè)備，該設(shè)備大幅度降低設(shè)備成本，同時(shí)保證適用于自然環(huán)境的激光三維掃描設(shè)備能夠在自然光條件下使用，需要對(duì)激光波段進(jìn)行選擇。

其技術(shù)方案如下：

一種適用于自然環(huán)境的激光三維掃描設(shè)備，包括導(dǎo)軌滑槽1、兩個(gè)紅外CCD攝像機(jī)和激光調(diào)制模塊4，兩個(gè)紅外CCD攝像機(jī)和激光調(diào)制模塊4位于導(dǎo)軌滑槽1上，激光調(diào)制模塊4位于第一紅外CCD攝像機(jī)2和第二紅外CCD攝像機(jī)3的中間，所述激光調(diào)制模塊4上設(shè)有激光出射光孔5，所述激光調(diào)制模塊4包括光斑激光發(fā)射器6和兩組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的反光鏡，第一反光鏡7和第二反光鏡8之間的距離為5cm。

優(yōu)選地，兩個(gè)紅外CCD攝像機(jī)平行放置，間隔距離為50cm。

優(yōu)選地，所述激光發(fā)射器6為3A級(jí)1064nm激光發(fā)射器。

優(yōu)選地，所述激光出射光孔5的直徑為1.6cm，形狀為夾角90°的圓錐狀。

本實(shí)用新型的有益效果：本實(shí)用新型選擇激光波段時(shí)要綜合考慮自然環(huán)境中太陽(yáng)光的影響、大氣對(duì)光譜吸收造成的衰減、CCD/CMOS的敏感特性和激光器的安全性限制這四個(gè)問(wèn)題。

1)太陽(yáng)光譜能量密度計(jì)算。在自然光照條件下使用適用于自然環(huán)境的激光三維掃描設(shè)備，受自然環(huán)境影響最大的因素來(lái)自于太陽(yáng)。太陽(yáng)光譜特征表現(xiàn)為表面溫度5778K的黑體輻射，通過(guò)普朗克公式計(jì)算其能量密度。為保證冗余度需計(jì)算能量密度最大值，此處選取日地最短距離為1.471x10⁸km。取太陽(yáng)半徑為6.963x10⁵km時(shí)，以太陽(yáng)中心為中心，日地距離為半徑的球體表面積與太陽(yáng)表面積的比為：4.463x10⁴。

2)選取受大氣影響較小的激光波段。選擇激光波段時(shí)，還需考慮空氣中各組成成分(氮，氧，二氧化碳，稀有氣體，水蒸氣，其它氣體和雜質(zhì))對(duì)光的吸收引起的衰減作用。雖然這種衰減會(huì)同時(shí)影響太陽(yáng)光和激光，但是為保證儀器設(shè)備能在苛刻條件下正常工作，一般取不受大氣影響或受影響較小的波段以保持其穩(wěn)定性。