[發明專利]360度環境形貌自旋轉激光掃描方法

有效

• 申請號: 201710321673.0
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN107063123B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 劉春陽;陳帆;楊芳;隋新;馬喜強;李航;余永健;司東宏;李倫;薛玉君;李濟順;馬偉
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 馬會強

針對現有技術中激光掃描速度慢、精度不高的問題，本發明提供一種360度環境形貌自旋轉激光掃描方法，包括C：利用焦點調整機構將各個激光掃描裝置發出的十字線激光的光束交叉點調整到各自待掃描環境形貌的中心，從而將各自待掃描環境形貌分為四個象限；D：使激光掃描裝置發出的十字線激光照射到待掃描環境形貌上形成的交叉點為圓心，十字線激光每旋轉0.5~1度后解算激光掃描裝置與待掃描環境形貌的距離一次，直至使十字激光線繞自身光軸旋轉90度后再以同樣方式反向旋轉90度，完成一周期測量。本發明將入射的十字線激光旋轉90°就可以獲得被掃描物體整個表面形貌的點云數據，實現被測物的三維形貌感知，具有測量速度快的特點。

技術領域

本發明屬于光掃描器和感測設備領域，具體涉及一種360度環境形貌自旋轉激光掃描方法。

背景技術

傳統的激光掃描測繪利用時間差法或三角法進行距離的測量，多借助線結構激光沿著水平或垂直方向掃描實現三維測量，受掃描精度和速度的制約，難以實現快速測量。

如圖1，為三角法測距原理，激光發射端A發出的光經過透鏡準直會聚后照射到被測對象表面的被測點B，被測點B反射光經過接收端透鏡會聚后在激光接收端的光電傳感器（CCD\CMOS等器件）上形成光斑。世界坐標系和像平面坐標系坐標軸平行，二者的原點和接收透鏡的焦點共軸線，傳感器上光斑像點坐標為E（u，v），激光接收端透鏡焦距為f，激光器發射端A和激光接收端中心點C間距為P，被測量點到測量系統垂直距離為D，其水平面投影為D’，被測點到發射端和接收端中心點的距離為d，在水平基準面上激光光軸與x軸夾角為。根據三角形相似原理以及三角形幾何尺寸關系，可以計算出被測表面上點到測量系統的距離D及到旋轉中心的距離d。計算中使用到的像平面點坐標，可以通過傳感器的敏感單元尺寸和像素坐標計算，并需要考慮像坐標系原點位置的偏移量。

其中，； ； 。

如圖2，為傳統的激光旋轉掃描三維測量系統，通過測量激光線上各點到測量系統的距離，獲得被測表面垂直或水平線上點云數據，通過系統繞旋轉軸F轉動，帶動激光線沿著水平掃描，實現視角范圍內的掃描成像。這樣掃描的速度受到旋轉速度和處理速度的限制，難以實現快速的測繪，同時旋轉角度分辨率會影響到測量光線的間隔，限制三維形貌測繪的分辨率。

根據圖1~2可知，激光掃描是利用三角法測距原理進行激光測距獲得被測表面垂直或水平線上點云數據，但是激光旋轉掃描測量系統難以實現快速的測繪，同時分辨率較低。

發明內容

針對現有技術中激光掃描速度慢、精度不高的問題，本發明提供一種360度環境形貌自旋轉激光掃描方法，其測量速度快，測量精度高。

所述的一種360度環境形貌自旋轉激光掃描方法，其技術方案是：包括以下步驟：

A：將多個激光掃描裝置環形均布設置；

B：將各個激光掃描裝置均對準各自待掃描環境形貌；

C：利用焦點調整機構將各個激光掃描裝置發出的十字線激光的光束交叉點調整到各自待掃描環境形貌的中心，從而將各自待掃描環境形貌分為四個象限；

D：使激光掃描裝置發出的十字線激光照射到待掃描環境形貌上形成的交叉點為圓心，十字線激光每旋轉0.5~1度后解算激光掃描裝置與待掃描環境形貌的距離一次，直至使十字激光線繞自身光軸旋轉90度后再以同樣方式反向旋轉90度，完成一周期測量；

E：重復D步驟多次；

F：利用激光接收器接收D步驟中每一個激光掃描裝置掃描的光線，并利用FPGA圖像采集模塊采集數字式圖像傳感器檢測到的數據，然后通過控制電路板上的DSP處理器模塊從雙口RAM模塊獲取FPGA圖像采集模塊中緩存的圖像數據，再進行距離的解算，從而得到各測量點的點云數據；

G： 各個激光掃描裝置均將F步驟得到的點云數據通過控制電路板上的通信模塊與主處理模塊進行通信；