[发明专利]用于低空无人航空器的轻小型数字摄影三维激光扫描装置

权利要求书

1.一种用于低空无人航空器的轻小型数字摄影三维激光扫描装置，其特征在于：包括装置箱体、三维激光雷达模块、高分辨率相机模块、组合导航系统、供电设备、存储模块和控制计算模块；所述组合导航系统、供电设备、存储模块和控制计算模块均安装在所述装置箱体的内部，所述组合导航系统与控制计算模块相连接，所述控制计算模块分别与所述三维激光雷达模块、高分辨率相机模块、存储模块相连接；所述供电设备分别与组合导航系统、高分辨相机模块、三维激光雷达模块、存储模块相连接；所述高分辨相机模块、三维激光雷达模块分别与组合导航系统相连接；所述高分辨相机模块设在所述装置箱体底部的固定基座上；所述三维激光雷达模块设置在所述装置箱体前面的固定基座上。

2.根据权利要求1所述的用于低空无人航空器的轻小型数字摄影三维激光扫描装置，其特征在于：所述三维激光雷达模块用于用于测量移动过程中激光发射方位的距离、角度和反射强度信息，获取空间点云数据，所述三维激光雷达模块包括光电主动测量单元、扫描驱动装置和扫描镜，所述扫描驱动机构带动所述扫描镜绕水平轴360°旋转实现激光扫描测量；所述高分辨率相机模块用于移动测量过程中同步采集、处理、拼接有效三维激光扫描视场范围内的数字高清正射影像，该高分辨率相机模块的数字相机按垂直于地面安装在所述装置箱体底部的固定基座上；所述组合导航系统用于获取所述扫描装置的全局坐标和姿态数据；所述组合导航系统包括GPS模块、航空GPS天线和惯性导航测量模块，所述航空GPS天线和惯性导航测量模块分别与所述存储模块相连接；航空GPS天线接收GPS信号，通过计算模块解算出时间和导航信息，所述GPS模块用于采集测量系统的位置数据，并同步系统时间，测量整个系统的GPS时间和坐标姿态信息，所述惯性导航测量模块用于测量整个系统的惯性信息，所述惯性信息包括测量系统的姿态、加速度数据；所述存储模块用于存储记录三维激光雷达的点云数据、高分辨率相机的正射影像数据、组合导航系统的坐标及姿态数据。

3.根据权利要求2所述的用于低空无人航空器的轻小型数字摄影三维激光扫描装置，其特征在于：所述组合导航系统的航空GPS天线设置于所述装置箱体的两侧，所述惯性导航测量模块设置在所述装置箱体内部；所述惯性导航测量模块是用于通过安装的三个轴向的高精度光学陀螺仪和加速度计对敏感载体的三个轴向的角增量及线加速度进行惯性导航解算，同时与所述航空GPS天线测量的卫星定位信息进行滤波组合，实时输出惯性信息及组合导航信息，然后，通过所述存储模块将实时接收的惯性信息与组合导航信息发送至控制计算模块。

4.根据权利要求2所述的用于低空无人航空器的轻小型数字摄影三维激光扫描装置，其特征在于：所述三维激光雷达、高分辨相机和组合导航系统三者靠GPS时间实现时间同步；所述三维激光雷达模块与高分辨率相机模块间的安置关系及位姿关系通过设备标定完成，通过整平、对中和定向，获取全局坐标系下的大网格密度、高精度及高分辨彩色纹理的三维空间测量数据。

5.根据权利要求2所述的用于低空无人航空器的轻小型数字摄影三维激光扫描装置，其特征在于：所述三维激光雷达模块扫描测量所得三维激光点云和所述高分辨率相机模块的数字影像通过坐标转换统一到设备坐标系中，并通过所述组合导航系统实现全局坐标系下的定向和定位，最终得到全局坐标系下的高分辨彩色纹理三维空间测量数据。

6.根据权利要求2所述的用于低空无人航空器的轻小型数字摄影三维激光扫描装置，其特征在于：所述固定基座用于实现对所述三维激光雷达和高分辨率相机模块的刚性联接，同时构建数字摄影激光扫描装置的设备坐标系；所述供电设备采用大容量锂电池为各模块进行统一供电。

7.根据权利要求2所述的用于低空无人航空器的轻小型数字摄影三维激光扫描装置，其特征在于：所述控制计算模块包括三维激光雷达控制单元和相机控制单元，所述三维激光雷达控制单元控制三维激光雷达在测区完成扫描的开启并在曝光范围内完成扫描，从而控制三维激光雷达模块按照规划航线在曝光范围内进行数据的采集，所述相机控制单元控制高分辨率相机的自动曝光，且所述控制计算模块控制所述存储模块存储所获取的激光扫描点云数据、数字影像、姿态数据及GNSS坐标数据。