[發明專利]一種機載傾斜激光三維測量與復合成像系統及其使用方法

有效

• 申請號: 202011260488.3
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112558102B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發明（設計）人: 潘超;劉宇哲;趙一鳴;梅艷鵬;邊吉;韓曉爽;李柞涵;王麗東;趙艷;于勇;李涼海
• 申請（專利權）人: 北京遙測技術研究所;航天長征火箭技術有限公司
• 主分類號: G01S17/894
• 分類號: G01S17/894;G01S7/481;G01C21/16;G01S19/47
• 代理公司: 北京巨弘知識產權代理事務所(普通合伙) 11673
• 代理人: 趙洋

本發明提供一種機載傾斜激光三維測量與復合成像系統及其使用方法，包括安裝在飛行平臺上的伺服掃描子系統，分別安裝在伺服掃描子系統上的多波束激光雷達子系統、可見光相機，與伺服掃描子系統連接的GNSS/IMU組合導航單元。通過采用多波束激光雷達、可見光相機與掃描機構在GNSS/IMU組合導航單元輸出的秒脈沖同步下協同工作的方式，實現了多波束激光雷達與可見光相機對地面目標同步觀測，解決了機載平臺下目標區域全天時傾斜/垂直高分辨率成像立體測量問題；通過采用衍射元件分束、陣列光纖接收，陣列單光子探測器探測的架構，并結合一維掃描機構和平臺運動，在保證雷達作用距離和測量精度的同時，兼顧了地面分辨率與成像效率。

技術領域

本發明涉及一般的圖像數據處理或產生技術領域，具體涉及一種機載傾斜激光三維測量與復合成像系統及其使用方法。

背景技術

基礎地理信息是我國數據量最大、覆蓋面最寬、應用面最廣的信息資源之一，是國民經濟和社會信息化的重要基礎，也是指導軍事行動、發揮武器裝備作戰效能的信息保障。可應用于軍事偵察、戰場環境監測、國家安全、國民經濟、社會發展等諸多領域。如何大范圍、高分辨、高精度、快速獲取目標區域的基礎地理信息數據是各國重要的戰略研究方向。

三維成像激光雷達作為一種新興的三維數據獲取手段，能夠快速獲取地形表面數據，地物特征等，是一種高精度、高密度、高效率的主動測量技術，它是通過測量光脈沖或調制光信號往返于雷達和目標之間的飛行時間來獲得距離信息，通過掃描或多點探測獲得垂直于光束方向平面內的方位信息。三維成像激光雷達按成像體制可分為掃描成像系統和面陣成像系統兩種。掃描成像系統通過單光束及對應的探測單元實現單點距離獲取，為實現大面積的三維成像，需要采用二維掃描機構或一維掃描與平臺推掃相結合的掃描機制，使得激光光斑在目標區域表面形成密集點陣，從而獲取目標區域的三維圖像。面陣成像系統在激光發射端，通過激光對目標進行泛光照射或多波束分光照射，利用面陣探測器對目標表面不同位置漫反射的回波光子進行探測，并測量各個探測陣元探測到的回波光信號的飛行時間，后處理得到目標的三維圖像。隨著多波束分光技術、單光子陣列探測技術的發展，為三維成像激光雷達向緊湊化、固態化與高幀頻方向發展奠定了基礎，同時也確立了新一代三維成像激光類雷達系統微脈沖高重頻激光發射、光學陣列接收、單光子陣列探測的技術路線。這種以集成光學系統技術為特征的激光雷達，以收發光學系統陣列化，信號探測、處理和傳輸的數字化、集成化與芯片化為主要特征。相比于傳統掃描體制激光三維成像方法，可以在遠距離下滿足更高的成像分辨率、更高的定位精度、更高效率的成像探測應用需求。三維成像激光雷達技術也存在著一些不足，如地物的輪廓能力十分有限，成像點密度分辨率不高等。

傾斜攝影測量技術是利用成像攝影裝置同時快速獲取傾斜影像和正射影像，再利用計算機自動圖形處理技術進行自動空三處理，經過影像匹配和表面紋理映射技術手段，最大限度地真實還原地表真實景物，但存在著高程測量精度較差的問題。

三維激光掃描和傾斜攝影測量技術存在各自的優缺點，將兩種技術手段結合起來，互相彌補不足，可以快速，全面的獲取高精度、高密度的立體成像，明顯地反映出地形的表面變化。

發明內容

本發明是為了解決三維信息難以兼顧高分辨、高精度、高效率獲取的問題，提供了一種機載傾斜激光三維測量與復合成像系統及其使用方法，通過采用多波束激光雷達、可見光相機與掃描機構在GNSS/IMU組合導航單元輸出的秒脈沖同步下協同工作的方式，實現了多波束激光雷達與可見光相機對地面目標同步觀測，解決了機載平臺下目標區域全天時傾斜/垂直高分辨率成像立體測量問題；通過采用衍射元件分束、陣列光纖接收，陣列單光子探測器探測的架構，并結合一維掃描機構和平臺運動，在保證雷達作用距離和測量精度的同時，兼顧了地面分辨率與成像效率。

本發明提供一種機載傾斜激光三維測量與復合成像系統，包括安裝在飛行平臺上的伺服掃描子系統，分別安裝在伺服掃描子系統上的多波束激光雷達子系統、可見光相機，與伺服掃描子系統連接的GNSS/IMU組合導航單元；