[实用新型]一种激光测距装置及三维激光扫描仪

说明书

本实用新型提供一种激光测距装置及三维激光扫描仪，利用激光产生单元产生激光束，再利用激光发射单元将激光束转换为平行光并射入回波接收单元，然后再利用回波接收单元反射平行光到目标物体，并接收目标物体反射的回波信号和可见光，且通过多片镜组聚焦回波信号，最后利用数据处理单元根据可见光与聚焦后的回波信号，获取彩色三维点云数据。该激光测距装置通过多片镜组改善光斑质量、压缩近场信号，聚焦回波信号，与采用单片镜组相比具有更小的像方数值孔径和更好的光斑质量，从而提高了测量和采集三维点云数据的范围。另外，还可以同时根据三维点云数据和由可见光获得的颜色纹理信息，直接获得彩色的三维点云数据，提高了扫描效率。

技术领域

本实用新型涉及激光技术领域，尤其涉及一种激光测距装置及三维激光扫描仪。

背景技术

三维激光扫描技术又被称为“实景复制技术”，它是数字摄像测量技术计算机技术和现代激光技术相结合的产物，是继GPS空间定位技术之后又一项测绘技术的突破。

目前，三维激光扫描仪一般采用非接触式高速激光测量方法，通过点云形式获取地形及复杂物体表面的阵列式几何图形的三维数据。其中，非接触式高速激光测量方法的基本原理为：将三维激光扫描仪中的激光测距模块发射的激光经过扫描转镜照射到目标物上，目标物上产生的反射光有一部分回到激光测距模块，激光测距模块根据发射出光脉冲到接收到光脉冲之间的时间差，从而计算目标物与三维激光扫描仪的距离。进一步地，该扫描转镜高速旋转，使发射的激光在指定的俯仰角范围内作扇形扫描，同时作为该三维激光扫描仪基座的水平转台在水平方向旋转，使扇形扫描区覆盖该三维激光扫描仪周围指定的三维空间。由此，通过激光测距模块记录距离，扫描转镜记录俯仰角，水平转台记录方位角，从而构成一个极坐标系统，通过三维激光扫描仪在实景空间扫描到的所有点积累成点云信息，构件出三维数字模型。

但是，现有的三维激光扫描仪通常是利用单片镜组将激光回波聚焦到探测器上，因此存在近处物体杂散光大、回波信号易饱和的问题，导致三维激光扫描仪的最短测量距离被拉远、对于近距离的目标物体的测量和扫描效果不够理想。

另外，为了获得逼真的数字三维模型，需要采集目标物体的颜色纹理信息用来根据三维点云数据生成彩色的三维点云数据，而现有的三维激光扫描仪需要分别采集目标物体的颜色纹理信息和三维点云数据，才能得到彩色的三维点云数据，因此导致扫描效率不高。

实用新型内容

为了解决目前的三维激光扫描仪通常是利用单片镜组将激光回波聚焦到探测器上，导致三维激光扫描仪对于近距离的目标物体的测量和扫描效果不够理想，另外，现有的三维激光扫描仪需要分别采集目标物体的颜色纹理信息和三维点云数据，才能得到彩色的三维点云数据，因此导致扫描效率不高的问题，一方面，本实用新型实施例提供一种激光测距装置，该激光测距装置包括：激光产生单元、激光发射单元、回波接收单元和数据处理单元；其中，回波接收单元和激光产生单元分别与数据处理单元电连接，回波接收单元包括多片镜组；激光产生单元用于产生激光束，激光发射单元用于将激光束转换为平行光并射入回波接收单元；回波接收单元用于反射平行光到目标物体，并接收目标物体反射的回波信号和可见光，且通过多片镜组聚焦回波信号；数据处理单元用于根据多个可见光与多个聚焦后的回波信号，获取目标物体的彩色三维点云数据。

优选地，激光产生单元包括互相连接的激光器和激光驱动电路，激光驱动电路控制激光器发射预设频率的激光束。

优选地，激光发射单元包括准直镜和反射镜，准直镜用于将激光束转换为平行光；反射镜用于改变平行光的方向，并将平行光射入回波接收单元。

优选地，回波接收单元还包括距离目标物体由近及远的窗口镜、分光镜、CCD光电探测器、滤光片、多片镜组和APD光电探测器；相应地，平行光经分光镜反射后透过窗口镜透射到目标物体，目标物体反射的回波信号依次经窗口镜、滤光片和多片镜组之后聚焦至APD光电探测器，目标物体反射的可见光经窗口镜和分光镜之后被CCD光电探测器检测。