一種激光雷達腳印重疊掃描裝置及掃描方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及激光雷達遙感領域，特別是涉及一種激光雷達腳印重疊掃描裝置及掃描方法。
【背景技術】
[0002]激光雷達是一種主動式的光學遙感技術，其獨特的優(yōu)勢是受太陽光照影響較小，另外，激光雷達的發(fā)射光斑可以透過目標的空隙，使得激光雷達可以探測遮擋物下方的信息。
[0003]傳統(tǒng)的激光雷如Riegl公司的VZ1000等設備可以生成點云數(shù)據(jù)，但是該這類設備的工作波長往往只有I個，因此，點云數(shù)據(jù)僅僅包含了結(jié)構(gòu)的信息。隨著技術的發(fā)展，多色激光雷達或者脈沖激光雷達已經(jīng)成為新的研究點，這類設備可以生產(chǎn)具有光譜反射率信息的點云數(shù)據(jù)，每個掃描點既包括位置信息，同時包括掃描點的反射光譜信息，該光譜信息包含了掃描點的本身的物質(zhì)(材質(zhì)、生化組分等)特征。
[0004]多色激光雷達或者脈沖激光雷達通常采用超連續(xù)譜脈沖激光作為光源，發(fā)出的激光脈沖腳印為圓形。當開展大面積的、多時相面掃描時，我們往往要求掃描的精確性和激光腳印的重復性。在具體試驗中，多色激光雷達或者脈沖激光雷達有時候需要調(diào)整光斑的大小，當光斑較大時，多次重復測量時的光斑的位置準確性對測量結(jié)果的影響很大，對重復定位精度要求較高。
[0005]為了實現(xiàn)對觀測目標的變化的檢測，需要使用連續(xù)或者有間隔的長時間序列的觀測數(shù)據(jù)。為了保證每個點云數(shù)據(jù)的可比性，有必要實現(xiàn)多次測量下各個激光腳印的位置的一致性。
[0006]在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)【背景技術】至少存在以下問題:現(xiàn)有技術中，I)結(jié)構(gòu)復雜，成本較高；2)運動精度和分辨率上較高，而沒有考慮多次重復測量時的掃描一致性和重疊性問題，特別是當測量儀器重新布設后，仍然需要保證掃描時激光腳印的重疊性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007](一 )要解決的技術問題
[0008]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種激光雷達腳印重疊掃描裝置掃描及方法，用于多次重復測量時保證掃描裝置搭載的脈沖激光雷達發(fā)出的激光脈沖腳印具有較高的重疊率，從而保證長時間序列觀測下，激光點云數(shù)據(jù)中每個激光腳印都具有可比性。
[0009]( 二)技術方案
[0010]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種激光雷達腳印重疊掃描裝置，其包括:
[0011]水準平臺105、第一轉(zhuǎn)臺104、第二轉(zhuǎn)臺103、第一驅(qū)動器107、第二驅(qū)動器108、控制器106、控制主機109、定位相機102、標靶、控制箱110、測距儀101 ；
[0012]所述水準平臺105具有X，y兩維度調(diào)節(jié)裝置，為整個脈沖激光雷達掃描裝置提供水平基準面；
[0013]所述第一轉(zhuǎn)臺104由安裝于水準平臺105上，由連接底座3、第一交流伺服電機1、第一絕對值編碼器、第一諧波減速機2、第一支撐4、第一推力球軸承5、第一連接轉(zhuǎn)軸6組成，連接底座3安裝在水準平臺105上，第一諧波減速機2和第一連接轉(zhuǎn)軸6之間通過平鍵連接，第一交流伺服電機1、第一絕對值編碼器、第一諧波減速機2三者同軸連接；
[0014]所述第二轉(zhuǎn)臺103由轉(zhuǎn)臺座7、第二支撐8、第二轉(zhuǎn)軸9、圓柱滾子軸承11、軸承擋圈10、第二諧波減速機12、第二交流伺服電機13、第二絕對值編碼器、載荷支架14、支架固定軸15組成，第二諧波減速機12通過平鍵連接第二轉(zhuǎn)軸9，第二轉(zhuǎn)軸9與載荷支架14通過內(nèi)六角螺釘連接，第二諧波減速機12、第二交流伺服電機13、第二絕對值編碼器三者同軸連接；
[0015]所述第一驅(qū)動器107和第二驅(qū)動器108安裝在控制箱110內(nèi)，通過驅(qū)動電纜和編碼器電纜112與第一交流伺服電機I和第二交流伺服電機相連13，同時通過兩根控制電纜114連接控制器106的控制端口一和控制端口二，控制器通過串口線113連接控制主機109的串口 ；
[0016]所述定位相機102包含手動調(diào)焦鏡頭和工業(yè)相機17，工業(yè)相機17固定于載荷支架14上，工業(yè)相機17通過網(wǎng)線連接控制主機109的網(wǎng)口 ；所述測距儀101也固定在載荷支架上，獲取掃描裝置中心到掃描目標點的距離信息，載荷支架同時是激光雷達的搭載平臺；
[0017]作為上述技術方案的優(yōu)選，標靶為帶有固定支撐的高反射率球形標靶。
[0018]作為上述技術方案的優(yōu)選，第一驅(qū)動器107和第二驅(qū)動器108的型號為S⑶V-R90A01B。
[0019]作為上述技術方案的優(yōu)選，控制器106的型號為⑶S-400-TPG。
[0020]作為上述技術方案的優(yōu)選，第一交流伺服電機I和第二交流伺服電機13型號為SHMJV-O1A3E6S。
[0021]作為上述技術方案的優(yōu)選，第一諧波減速機2和第二諧波減速機12型號為XB1-25-63-1。
[0022]本發(fā)明提出的掃描方法包括:
[0023]S1:將標靶放置在被測物體旁邊，并將標靶位置鎖死；
[0024]S2:水準平臺105調(diào)平，激光雷達腳印重疊掃描裝置復位，第一轉(zhuǎn)臺和第二轉(zhuǎn)臺運動到歸零位置；
[0025]S3:調(diào)整第一轉(zhuǎn)臺104和第二轉(zhuǎn)臺103的角度，調(diào)整工業(yè)相機上的手動調(diào)焦鏡頭，調(diào)節(jié)視場囊括靶標和被測目標，并將鏡頭鎖死；
[0026]S4:控制主機109控制工業(yè)相機17拍照，圖像信息上傳到控制主機109，控制主機109上的掃描程序自動識別標靶中心在圖像中的像素位置，并將此位置記錄為掃描初始位置(xO，y0)，同時，掃描程序獲取標靶中心距離掃描基點的距離信息d0 ;
[0027]S5:第一轉(zhuǎn)臺104和第二轉(zhuǎn)臺103在掃描程序的控制下繼續(xù)以步進方式逐點掃描，完成一次完整的面掃描任務；
[0028]S6:再次重復面掃描任務時，首先重復步驟S2至S3，然后，控制主機109再次控制工業(yè)相機17拍照，識別出標靶中心的像素位置(xn，yn)，根據(jù)標靶中心距離掃描基點的距離信息dn和像素偏移((xn-xO)，(yn-yO))，解算第一轉(zhuǎn)臺104和第二轉(zhuǎn)臺103的偏移量，最后，再控制第一轉(zhuǎn)臺104和第二轉(zhuǎn)臺103進行轉(zhuǎn)動，將掃描位置調(diào)整到與首次掃描一致，同時，根據(jù)距離信息dn調(diào)整第一轉(zhuǎn)臺104和第二轉(zhuǎn)臺103的轉(zhuǎn)動的步長，保證每次掃描時脈沖激光的腳印重疊，最后，重復步驟S5。
[0029](三)有益效果
[0030]上述技術方案所提供的一種激光雷達腳印重疊掃描裝置及掃描方法，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)多次重復掃描特別是多次重復部署情況下的具有激光腳印高重合度的脈沖激光雷達掃描?？刂扑叫D(zhuǎn)運動的第一交流伺服電機I和第一諧波減速機2豎直放置，這樣能夠最大程度的減少占用的空間，方便其他零部件的布置?？刂聘┭龅牡诙涣魉欧姍C13和第二諧波減速機12水平放置，這樣做的好處是，減速機輸出的扭矩能夠直接作用在載荷支架14上，進而載荷支架14帶動負載實現(xiàn)預定動作的轉(zhuǎn)動，能夠充分利用輸出扭矩，提高利用效率。同時負載的重心與控制水平轉(zhuǎn)動的第一交流伺服電機I和第一諧波減速機2在一條豎直線上，這樣以后就減少了因負載偏置帶來的偏置扭矩。另外，激光雷達腳印重疊掃描方法提出了一種標靶自動匹配方法及運動補償調(diào)整方法，從而在長時間序列的掃描應用下，特別是需要多次部署的情況下，具有較高的自動掃描位置匹配能力，并且對激光雷達腳印重疊掃描裝置重新布設時的重復定位精度要求不高。
【附圖說明】
[0031]圖1是本發(fā)明實施例的一種激光雷達腳印重疊掃描裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2是本發(fā)明實施例的一種激光雷達腳印重疊掃描裝置的機械結(jié)構(gòu)部分示意圖；
[0033]其中，1:第一交流伺服電機；2:第一諧波減速機；3:連接底座；4:第一支撐；5:第一推力球軸承；6:第一連接轉(zhuǎn)軸；7:轉(zhuǎn)臺座；8:第二支撐；9:第二轉(zhuǎn)軸；10:軸承擋圈；11:圓柱滾子軸承；12:第二諧波減速機；13:第二交流伺服電機；14:載荷支架；15:支架固定軸;16:手動調(diào)焦鏡頭；17:工業(yè)相機;101:測距儀;102:定位相機;103:第二轉(zhuǎn)臺;104:第一轉(zhuǎn)臺；105:水準平臺；106:控制器；107:第一驅(qū)動器；108:第二驅(qū)動器；109:控制主機；110:控制箱；111:網(wǎng)線；112:驅(qū)動電纜和編碼器電纜；113:串口線；114:控制電纜。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0035]結(jié)合圖1和圖2所示，本發(fā)明實施例提供了一種激光雷達腳印重疊掃描裝置，包括:水準平臺105、第一轉(zhuǎn)臺104、第二轉(zhuǎn)臺103、第一驅(qū)動器107、第二驅(qū)動器108、控制器106、控制主機109、定位相機102、標靶、控制箱110、測距儀101 ;所述水準平臺105具有X，y兩維度調(diào)節(jié)裝置，為整個脈沖激光雷達掃描裝置提供水平基準面；所述第一轉(zhuǎn)臺104由安裝于水準平臺105上，由連接底座3、第一交流伺服電機1、第一絕對值編碼器、第一諧波減速機2、第一支撐4、第一推力球軸承5、第一連接轉(zhuǎn)軸6組成，連接底座3安裝在水準平臺105上，第一諧波減速機2和第一連接轉(zhuǎn)軸6之間通過平鍵連接，第一交流伺服電機1、第一絕對值編碼器、第一諧波減速機2三者同軸連接；連接底座3固定不動，第一諧波減速機2和第一連接轉(zhuǎn)軸6之間通過平鍵連接，而第一連接轉(zhuǎn)軸6與轉(zhuǎn)臺座7焊接成為一體，從而動力傳遞至轉(zhuǎn)臺座7，最終實現(xiàn)水平回轉(zhuǎn)運動。其中為了保證第一連接轉(zhuǎn)軸6和轉(zhuǎn)臺座7在焊接時保證有較高的垂直度，兩零件連接處采用過渡配合Φ25Η7/Γ6。在豎直方向上受到俯仰機