[发明专利]基于沙姆定律铰链原则的连续激光三维扫描方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于激光三维扫描技术领域，特别涉及基于沙姆定律铰链原则的连续激光三维扫描技术。

背景技术

随着时代的发展，我们常常要对大面积建筑区域或山区内大范围的三维物体进行分析，以便获取有用的信息。目前，大多数图像采集装置所获取的图像本身是在二维平面上的，为了更精确的获得我们所需要的信息，我们需要得到其三维成像图，所以各种扫描成像技术应用而生。目前扫描成像技术主要有点云成像，双摄像头成像技术和传统的基于沙氏定律的激光扫描技术。在这三种技术中，点云成像和传统的基于沙氏定律的扫描技术是利用激光雷达技术扫描成像。使用激光雷达技术，我们可以对一些难以到达的地方进行探测，并且获得误差小，高精度，清晰的成像。而在双摄像头成像技术中有一种主要是利用两个摄像头模拟人眼进行成像。我们知道，目前的点云技术基本是使用图像处理的方法进行扫描，这种方法要求复杂的数字电路和快速的数据采集速率。而传统的基于沙氏定律的扫描技术利用轨道式扫描的方法，只能实现平面的成像，无法获取图像的三维信息。双摄像头技术则需要复杂的图像拼接技术的辅助，拼接图像的边缘重叠性问题是该技术的一大难题，另外，它还易受到光照和周围环境的影响。这里介绍了一种利用压电陶瓷和电机控制的激光雷达成像技术，这种技术可以实现传统的点云扫描的清晰成像，可以实现三维图像的成像，却不需要复杂的电路处理后期数据。

发明内容

1、本发明的目的。

本发明主要提出了一种能够灵活对远处物体进行大范围的扫描并进行重构的激光雷达系统，解决了传统激光雷达扫描系统数字电路处理复杂，数据采集系统速度要求高的缺陷，完善了传统基于沙式定律扫描技术无法三维扫描的缺陷。

2、本发明所采用的技术方案。

本发明提出一种基于沙姆定律铰链原则的连续激光三维扫描装置，包括激光器、反射镜、接收望远镜、光电探测器、信号同步电路；反射镜、接收望远镜和光电探测器根据沙姆定律摆放，反射镜设置在物面、相面和焦平面的交点上可旋转角度，信号同步电路控制光电探测器跟随反射镜的旋转同步上下位移始终符合沙姆定律；二极管激光器前放置可调反射镜(3)，反射镜将激光反射到环境中的目标物，目标物再将光信号反射或者折射出去，光信号被接收望远镜组接收，接收望远镜接收的光信号会聚在光电探测器上。

更进一步具体实施方式中，还包括电机、运动控制部分电机伺服，运动控制部分电机伺服、电机、反射镜依次相连控制反射镜旋转。

更进一步具体实施方式中，还包括压电陶瓷、运动控制部分压电陶瓷控制器，光电探测器与压电陶瓷相连，压电陶瓷控制器控制压电陶瓷上下运动，并反馈同步信号来控制与反射镜相连的电机。

更进一步具体实施方式中，还包括激光准直原件，激光准直原件放置在二极管激光器前，激光准直原件前放置可调反射镜。

更进一步具体实施方式中，所述的激光器为二极管激光器。

本发明提出了一种基于沙姆定律铰链原则的连续激光三维扫描方法，按照如下步骤进行：

步骤1、将基于沙姆定律铰链原则的连续光激光扫描装置瞄准待检测环境，开启激光器；

步骤2、激光器发出的激光经过激光准直原件射向反射镜，反射镜将激光反射到环境中的目标物，目标物再将光信号反射或者折射出去；

步骤3、目标物反射/折射的光信号被激光接收部分接收，即由接收望远镜组接收采集光信号；

步骤4、接收望远镜接收的光信号会聚在光电探测器上，该光电探测器与所述数据采集分析部分相连，在该探测器的探测面上可以得到距离分布信息；

步骤5、光电探测器与压电陶瓷相连，压电陶瓷通过压电陶瓷控制器来控制，并用同步信号来控制与反射镜相连的电机，使光电探测器与电机同步运动，利用信号同步电路来控制压电陶瓷控制器和电机运动，从而使反射镜和探测器运动的同时依然满足沙氏定律。

更进一步具体实施方式中，采用一种推扫式扫描的方式，实现物体的二维成像；实现物体的二维成像后，运用成像几何原理，利用电机控制反射镜可以实现在空间中的三维扫描。

3、本发明的有益效果。

(1)、本发明利用铰链原则，通过沙姆定律计算出物面相面和焦平面的交点所在，确定一个旋转点G，在系统搭建时，将反射镜、透镜和线阵CCD/CMOS根据Scheimflug定律摆放，并将反射镜放置在G点的位置；搭建完成后，当反射镜旋转一定角度时，通过几何运算，可以计算出线阵CCD/CMOS的上下移动的距离，利用压电陶瓷就可以很好的控制线阵CCD/CMOS移动，达到成像的作用。