[发明专利]360度环境形貌自旋转激光扫描方法

说明书

针对现有技术中激光扫描速度慢、精度不高的问题，本发明提供一种360度环境形貌自旋转激光扫描方法，包括C：利用焦点调整机构将各个激光扫描装置发出的十字线激光的光束交叉点调整到各自待扫描环境形貌的中心，从而将各自待扫描环境形貌分为四个象限；D：使激光扫描装置发出的十字线激光照射到待扫描环境形貌上形成的交叉点为圆心，十字线激光每旋转0.5~1度后解算激光扫描装置与待扫描环境形貌的距离一次，直至使十字激光线绕自身光轴旋转90度后再以同样方式反向旋转90度，完成一周期测量。本发明将入射的十字线激光旋转90°就可以获得被扫描物体整个表面形貌的点云数据，实现被测物的三维形貌感知，具有测量速度快的特点。

技术领域

本发明属于光扫描器和感测设备领域，具体涉及一种360度环境形貌自旋转激光扫描方法。

背景技术

传统的激光扫描测绘利用时间差法或三角法进行距离的测量，多借助线结构激光沿着水平或垂直方向扫描实现三维测量，受扫描精度和速度的制约，难以实现快速测量。

如图1，为三角法测距原理，激光发射端A发出的光经过透镜准直会聚后照射到被测对象表面的被测点B，被测点B反射光经过接收端透镜会聚后在激光接收端的光电传感器（CCD\CMOS等器件）上形成光斑。世界坐标系和像平面坐标系坐标轴平行，二者的原点和接收透镜的焦点共轴线，传感器上光斑像点坐标为E（u，v），激光接收端透镜焦距为f，激光器发射端A和激光接收端中心点C间距为P，被测量点到测量系统垂直距离为D，其水平面投影为D’，被测点到发射端和接收端中心点的距离为d，在水平基准面上激光光轴与x轴夹角为。根据三角形相似原理以及三角形几何尺寸关系，可以计算出被测表面上点到测量系统的距离D及到旋转中心的距离d。计算中使用到的像平面点坐标，可以通过传感器的敏感单元尺寸和像素坐标计算，并需要考虑像坐标系原点位置的偏移量。

其中，； ； 。

如图2，为传统的激光旋转扫描三维测量系统，通过测量激光线上各点到测量系统的距离，获得被测表面垂直或水平线上点云数据，通过系统绕旋转轴F转动，带动激光线沿着水平扫描，实现视角范围内的扫描成像。这样扫描的速度受到旋转速度和处理速度的限制，难以实现快速的测绘，同时旋转角度分辨率会影响到测量光线的间隔，限制三维形貌测绘的分辨率。

根据图1~2可知，激光扫描是利用三角法测距原理进行激光测距获得被测表面垂直或水平线上点云数据，但是激光旋转扫描测量系统难以实现快速的测绘，同时分辨率较低。

发明内容

针对现有技术中激光扫描速度慢、精度不高的问题，本发明提供一种360度环境形貌自旋转激光扫描方法，其测量速度快，测量精度高。

所述的一种360度环境形貌自旋转激光扫描方法，其技术方案是：包括以下步骤：

A：将多个激光扫描装置环形均布设置；

B：将各个激光扫描装置均对准各自待扫描环境形貌；

C：利用焦点调整机构将各个激光扫描装置发出的十字线激光的光束交叉点调整到各自待扫描环境形貌的中心，从而将各自待扫描环境形貌分为四个象限；

D：使激光扫描装置发出的十字线激光照射到待扫描环境形貌上形成的交叉点为圆心，十字线激光每旋转0.5~1度后解算激光扫描装置与待扫描环境形貌的距离一次，直至使十字激光线绕自身光轴旋转90度后再以同样方式反向旋转90度，完成一周期测量；

E：重复D步骤多次；

F：利用激光接收器接收D步骤中每一个激光扫描装置扫描的光线，并利用FPGA图像采集模块采集数字式图像传感器检测到的数据，然后通过控制电路板上的DSP处理器模块从双口RAM模块获取FPGA图像采集模块中缓存的图像数据，再进行距离的解算，从而得到各测量点的点云数据；

G： 各个激光扫描装置均将F步骤得到的点云数据通过控制电路板上的通信模块与主处理模块进行通信；