[发明专利]彩色激光三维扫描技术

说明书

一、技术领域

本发明涉及激光雷达和激光三维扫描仪，是一种能够实现全天时、高重频、远距离探测的彩色激光三维扫描技术。 

二、背景技术

传统的激光三维扫描仪采用单色激光，利用脉冲飞行时间测量和延迟相位测量等方法，获取目标点的距离，再结合扫描角度，能够获取目标或景物的三维点坐标。测量激光在物体表面回波的强度，能够同时获取物体的灰度(反射率)，形成带灰度信息的三维点云数据。利用灰度点云对扫描场景进行建模，只能够获得单色的三维场景模型，为了能够更加直观和真实的反映场景信息，目前采用彩色相机对场景进行二维拍照，再将彩色照片与三维点云数据进行合成，间接获得彩色三维点云数据，生产彩色三维模型。这种三维点云和二维彩色图像合成的方式能够获得彩色点云，但是，存在以下问题： 

1.点云和彩色图像的像素不能做到完全匹配； 

2.点云和彩色图像在不同距离的合成存在误差； 

3.相机彩色图像依赖光照条件，不能在无照明条件下获得景物的彩色信息，且不同的天气或光照会影响色彩的真实度； 

4.在全景测量时，彩色图像获取时间较长，与激光三维扫描仪快速获取场景的工作模式不匹配。 

因此，本发明设计了一种彩色激光三维扫描技术，能够直接获取彩色三维点云数据，无需图像合成，不依赖光照条件，不需要额外增加测量时间，为快速、直接、高效地获取被测场景的彩色三维信息提供了更好的技术手段。 

三、发明内容

如上所述，如何直接获取彩色三维点云，提供一种快速、直接、高效获取被测场景彩色三维信息的三维扫描技术，是本发明所要解决的技术问题。 

本发明的工作原理是采用三个不同波长激光器作为光源，对三个激光器同步进行脉冲或者连续调制，调制后的脉冲或连续光经准直后，通过波长合束器合成一束激光，经过反射镜发射出去。激光在目标表面的回波由望远镜接收，通过波长分束器，分成三路光信号，每一个光信号对应一个波长的激光回波，分别进入三个高灵敏度、低噪声的探测器。每个探测器的输出经过解调和采集电路获得目标的距离和回波强度(对应波长的光反射率)。结合扫描角度获取物体或场景表面的彩色三维点云。 

本发明技术解决方案是： 

一种直接获取彩色三维点云的彩色激光三维扫描技术，包括三个不同波长激光源，信号调制源，波长合束器，二维扫描器，接收望远镜，波长分束器，带通滤光片，探测器，距离和强度测量模块，彩色三维点云生成模块，其特征在于：信号调制源输出脉冲或连续调制信号，同步调制三个不同波长的激光源，输出三个波长的激光，经过波长合束器，合成光斑直径、角度和发散角完全相同的同光路激光，经过二维扫描器发射出去。激光的回波经过二维扫描器进入接收望远镜，望远镜的会聚光经过波长分束器，分到三个光路，分别经过三个对应波长的带通滤光片，聚焦到三个探测器，探测器的输出进入距离和强度测量模块，通过时间或者相位测量方式获取目标距离，通过采样获取激光回波的强度(反射率)，获得的三波长反射率和坐标数据经过点云生成模块，形成彩色三维点云模型。其中： 

所述的三个不同波长激光源分别为波长405nm、520nm、650nm的半导体激光器。 

所述的信号调制源为脉冲或正弦波发生器。 

所述的波长合束器由两个长波反射、短波透射的波长截止片组成，截止波长分别为450nm和580nm。 

所述的二维扫描器由正交转动的45度反射镜组成。 

所述的接收望远镜为透射式聚焦透镜。 

所述的波长分束器由两个长波反射、短波透射的波长截止片组成，截止波长分别为450nm和580nm。 

所述的带通滤光片通带中心波长分别为405nm、520nm、650nm，带宽5nm。 

所述的探测器是雪崩光电二极管。 

所述的距离和强度测量模块是测时和测相电路，以及峰值保持和采样电路。 

所述的彩色三维点云生成模块是将采集的角度、距离和强度数据经过预处理后，生成兼容点云显示软件的数据格式，在三维点云显示软件中显示输出。 

本发明与现有技术相比具有以下优点： 

1、点云像素本身具备色彩信息，省去了后期彩色图像和点云像素的匹配工作，不存在后期匹配误差。 

2、主动获取目标和场景的色彩信息，不依赖背景光的照明，色彩真实度高，能够在无光照条件下获取彩色图像。 

3、点云测量同时获取彩色图像，省去了彩色图像的获取时间，提高三维扫描仪的测量效率。 

四、附图说明