[发明专利]一种基于激光测距以及物方匹配的虚拟控制点获取方法在审

专利信息
申请号: 201711349717.7 申请日: 2017-12-15
公开(公告)号: CN107886531A 公开(公告)日: 2018-04-06
发明(设计)人: 王效波;张辰辰 申请(专利权)人: 武汉智能鸟无人机有限公司
主分类号: G06T7/33 分类号: G06T7/33;G06T7/269;G06T7/521;G06T7/70;G01S19/47
代理公司: 北京华夏正合知识产权代理事务所(普通合伙)11017 代理人: 向敢,陈晓宁
地址: 430000 湖北省武汉市东湖新技术开发区东园西*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 激光 测距 及物 匹配 虚拟 控制 获取 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及自动化控制的技术领域,尤其涉及.一种基于激光测距以及物方匹配的虚拟控制点获取方法。

背景技术

机载激光探测与测距(Airborne Light Detecting and Ranging,机载LiDAR)是一项集成激光扫描仪和定位定姿系统(Positioning and Orientation System,POS)的三维地形数据快速获取技术。机载LiDAR设备以一定的频率向地面发射激光束并接收地物反射激光信号,根据发射信号与反射信号的时间差计算扫描仪与地物的距离,再结合POS设备获取的平台当前的姿态计算地物的三维坐标。这一过程称为直接对地定位,获取的具有三维坐标的密集地面点称为LiDAR点云,在一条航带飞行中获取的点云称为LiDAR点云条带。在LiDAR点云数据获取过程中,常存在多种误差源,如激光扫描仪测距误差、扫描镜控制误差、激光扫描仪与POS设备时间同步误差、激光扫描仪与POS设备的偏心以及安置角误差、POS观测值系统误差等。其中POS观测值系统误差为主要误差源,以上误差会直接影响所获取的LiDAR点云坐标精度。在LiDAR数据处理的实际生产中发现,点云的高程误差一般在0.3m至1.0m之间,特别是在POS设备精度不高以及GPS信号不理想时,点云坐标误差尤其不能忽视,常导致点云条带之间无法良好吻合、生成的DEM精度无法满足需求。

可基于LiDAR三角测量定位模型,在点云条带间手动或自动匹配同名平面片,内插点云的高程值获得概略物方坐标,以此作为控制数据采用空间后方交会方法解算POS观测值系统外方位角误差,在此基础上改正由外方位角误差导致的点云坐标误差。

发明内容

有鉴于此,本发明提供一种基于激光测距以及物方匹配虚拟控制点的量测装置由用于供电的蓄电池及同步检测单元、微控制单元、串行数据转换单元、航空相机组件、激光测距组件、POS数据组件、图像数据融合单元、电平数据转换芯片组成,

同步检测单元和微控制单元均信号连接POS数据组件获取秒脉冲,同步检测单元以相机帧频经接口发送触发信号同步触发航空相机组件和激光测距组件,再分别经接口获取待测量区域虚拟控制点的图像数据及激光反射的时间差数据,再将所述图像数据及时间差数据经接口传送给图像数据融合单元,同步检测单元还同时经串口向微控制单元发送中断信号;

微控制单元连接同步检测单元的GPIO端口,微控制单元还通过串行数据转换单元串接POS数据组件获取授时信息,基于所述中断信号从GPIO端口提取超前预测时间数据,最后通过串口传输至图像数据融合单元;

图像数据融合单元还通过接口POS数据组件获取图像概略外方元素,并将相机外方元素、时间数据、时间差数据和图像数据融合经电平数据转换芯片输出。

进一步地,所述POS数据组件由北斗/GPS双模接收单元、倾角传感器、电子罗盘组成,北斗/GPS双模接收单元信号连接串行数据转换单元提供协调世界时时间以及秒脉冲时间基准作为所述同步检测单元所输出触发信号的时钟基准源;倾角传感器、电子罗盘与所述图像数据融合单元通过接口连接。

进一步地,所述同步检测单元为现场可编程门阵列,由20MHz外部晶振提供时钟经内部锁相环串接计数模块倍频得40MHz时钟;复位脚、秒脉冲脚均连接秒脉冲检测模块用于向计数模块发送复位低电平和时钟周期高电平;复位脚和外部晶振还连接模拟触发模块用于产生所述触发信号,模拟触发模块与复位脚和外部晶振还通过触发信号检测模块连接计数模块用于触发所述中断信号,将计数值锁存至复数寄存器计算超前预测时刻值,再将超前预测时刻值锁存至数据寄存器产生所述超前预测时间数据;计数模块连接时时序驱动电路用于同步向触发航空相机组件和激光测距组件发出所述触发信号;计数模块的GPIO端口和串口连接微控制单元。

进一步地,所述微控制单元为ATmega128L单片机。

进一步地,所述激光测距组件包括激光发射器信号连接同步检测单元接收开始信号,用于发射模拟脉冲信号;激光接收器,将模拟脉冲信号转换为TTL电平信号,用于判别接收模拟脉冲信号的时间;时间间隔测量器,通过接收TTL电平信号和从同步检测单元接收时钟信号和开始信号再向同步检测单元输出时间差。

进一步地,所述航空相机组件包括与同步检测单元通过时序驱动电路和偏置电压电路连接的图像传感器芯片;A/D转换模块将图像传感器芯片采集的电平信号转换为数字信号后,再发送给同步检测单元。

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