[發明專利]基于近紅外光全波形測距的高光譜三維激光雷達系統

有效

• 申請號: 201811598297.0
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN109613560B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 史碩;陳必武;龔威;孫嘉;宋沙磊;陳博文;郭礦輝
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01S17/894
• 分類號: G01S17/894;G01S17/08;G01N21/3563;G01N21/3581;G01N21/31
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴彥

本發明提供一種基于近紅外光全波形測距的高光譜三維激光雷達系統，包括激光發射單元、信號探測單元、同步采集單元和數據處理單元，所述激光發射單元包括超連續譜激光器，超連續譜激光器由近紅外光源泵浦，發射出覆蓋可見光和近紅外的超連續譜白光激光；所述信號探測單元包括基于近紅外波段的全波形測距探測系統、掃描振鏡、望遠鏡、分光儀和多通道探測器；所述同步采集單元包含一個多通道數字延時脈沖發生器，控制近紅外波段探測器采集和多通道可見光信息采集，使距離信息和光譜信息對應。本發明可直接同時獲取目標地物的可見光近紅外激光光譜信息和激光點云空間信息，可以廣泛運用于測繪遙感，目標分類識別等領域。

技術領域

本發明涉及激光雷達及測繪遙感綜合應用技術領域，尤其涉及一種基于近紅外光全波形測距的高光譜三維激光雷達系統方案，能夠實現基于一套超連續譜激光源，同時獲取目標地物的高光譜信息和三維空間信息。

背景技術

對地觀測高光譜激光雷達技術是實現地物高光譜信息和高空間分辨率的三維空間描述的重要遙感手段，在城市環境和農林業環境中，在快速獲取三維空間信息和高光譜信息方面具有突出優點。但傳統高光譜激光雷達方案采用一套獨立的單波長激光雷達進行測距，增加了系統復雜度，且限制了光譜信息和空間信息的一致性，導致數據質量不佳精度不高，進而影像數據進一步應用。且傳統高光譜激光雷達中的超連續譜激光的可見光部分主要用于光譜信息獲取，而能量較強的近紅外部分沒有得到充分利用。

發明內容

本發明的目的是提供基于近紅外光全波形測距的高光譜三維激光雷達系統技術方案，通過利用能量較強的近紅外部分激光的全波形探測，通過多通道數字延時脈沖發生器同步可見光光譜探測和近紅外測距探測，實現空譜嚴格一致的高光譜三維掃描成像探測，同時獲取三維空間信息和光譜信息。

本發明技術方案提供一種基于近紅外光全波形測距的高光譜三維激光雷達系統，包括激光發射單元、信號探測單元、同步采集單元和數據處理單元，

所述激光發射單元包括超連續譜激光器，超連續譜激光器由近紅外光源泵浦，發射出覆蓋可見光和近紅外的超連續譜白光激光；

所述信號探測單元包括基于近紅外波段的全波形測距探測系統、掃描振鏡、望遠鏡、分光儀和多通道探測器，所述基于近紅外波段的全波形測距探測系統包括二向色鏡和近紅外探測器，掃描振鏡放置在望遠鏡的物鏡前，望遠鏡的目鏡處放置分離可見光和近紅外光的二向色鏡，設置接收光纖于二向色鏡后方接收可見光，分光儀置于接收光纖后端，多通道探測器接收分光后的可見光光譜信息；近紅外探測器置于二向色鏡另一側，由近紅外探測器實現光電轉換，獲取近紅外波段的全波形信息；

所述同步采集單元包含一個多通道數字延時脈沖發生器，分別連接近紅外探測器和多通道探測器，控制近紅外波段探測器采集和多通道可見光信息采集，使距離信息和光譜信息對應；

所述數據處理單元包括計算機，用于存儲近紅外全波形信息和可見光光譜信息，實現點云數據處理。

而且，激光發射單元由近紅外光泵浦的超連續譜白光激光器、激光準直器、兩個三維角度調整全反射鏡組成，超連續譜白光激光器產生的激光經過激光準直器射出，兩個三維角度調整全反射鏡分別置于激光準直器前方和望遠鏡前方，實現激光發射和接受系統的同軸。

而且，超連續譜激光器由近紅外光源泵浦，其發射出的連續譜激光在近紅外波段的能量分布較強，有利于信號探測單元的近紅外探測器的信號采集。

而且，多通道數字延時脈沖發生器通過2根BNC線分別連接多通道探測器和近紅外探測器，采用相同頻率，不同延時的脈沖對兩個探測器進行觸發，以確保采樣一致性。

本發明打破現有多光譜激光雷達依靠獨立測距光源的局限，充分利用能量較強的近紅外波段進行測距，大大提升測距精度和最大測距距離。既保持了豐富的可見光高光譜信息，又充分利用了近紅外波段信息，提升了多光譜激光雷達對地探測的能力。

附圖說明