[发明专利]一种MEMS一维激光雷达和数码相机测绘装置及方法

说明书

本发明公开了一种MEMS一维激光雷达和数码相机测绘装置及方法，所述测绘装置包括一体设置的扫描视场实现装置和回波接收及处理装置；所述扫描视场实现装置，包括近红外激光器、发射光束准直镜组和一维MEMS振镜；所述回波接收及处理装置，包括接收镜安装筒以及安装在接收镜安装筒中的接收镜；本发明在接收镜中的近红外激光和可见光的光路设计中，通过陷波反射平面镜实现近红外激光和可见光的自动分离，从而可以使得在进行地物目标空间坐标信息测量和地物目标影像数据采集时，可以共用一套接收镜；换句话说，即通过陷波反射平面镜实现了一维激光雷达和数码相机一体化。

技术领域

本发明涉及激光雷达测绘技术领域，尤其是一种MEMS一维激光雷达和数码相机测绘装置及方法。

背景技术

激光雷达无人机测绘或者巡线，往往需要在获取地物目标的三维空间信息的同时，还需要获取地物纹理数据，用于生产DOM及DEM等数据产品。

目前激光雷达与相机的集成是通过含镜头的数码相机模块和激光扫描测距模块进行结构和控制集成来实现的，使得激光发射和接收需要各自的透镜来实现，最终增加了成本，同时也增加了重量和体积，需要负载能力更强的无人机平台进行搭载。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种基于MEMS一维激光雷达和数码相机测绘装置及方法，通过一维MEMS大视场扫描角与数码相机视场角相匹配的要求，利用数码相机接收透镜聚焦的特点，以及陷波反射镜发射近红外激光但透过可见光的特点，实现大视场激光雷达与数码相机一体化设计。

本发明提供的一种MEMS一维激光雷达和数码相机测绘装置，包括一体设置的扫描视场实现装置和回波接收及处理装置；

所述扫描视场实现装置，包括近红外激光器、发射光束准直镜组和一维MEMS振镜；所述近红外激光器的发射光束的光轴与发射光束准直镜组的轴线同轴，所述发射光束准直镜组的出射角与一维MEMS振镜的安装基准面成一定夹角，并且所述一维MEMS振镜在0°位置时与其安装基准面也成一定夹角。

所述回波接收及处理装置，包括接收镜安装筒以及安装在接收镜安装筒中的接收镜；所述接收镜包括同轴并依次设置的可见光及近红外激光视场聚焦透镜、可见光及近红外激光视场放大透镜、可见光及近红外激光视场准直透镜组、可见光视场放大透镜组和可见光面阵光敏器件，并且所述接收镜光轴所在平面与所述发射光束的光轴所在平面平行；其中，在可见光及近红外激光视场准直透镜组和可见光视场放大透镜组之间设置有与接收镜光轴成45°角的陷波反射平面镜；在陷波反射平面镜的反射光路上设置有近红外激光回波聚焦透镜组，并在近红外激光回波聚焦透镜组的出射焦点上设置有激光回波光敏器件雪崩二极管；同时，所述激光回波光敏器件雪崩二极管电性连接有激光回波放大及分析处理模块，所述可见光面阵光敏器件电性连接有可见光图像处理模块。

进一步地，所述发射光束准直镜组包括发射准直镜和发射光束准直镜筒，所述近红外激光器和发射准直镜通过发射光束准直镜筒固定连接，然后通过发射光束准直镜安装座与一维MEMS振镜和回波接收及处理装置固定连接；其中，一维MEMS振镜的控制器安装在回波接收及处理装置中，用于控制一维MEMS振镜按照需求的方式转动。

进一步地，所述一维MEMS振镜转动的方式包括摆动扫描方式、平面扫描方式和椭圆扫描方式。

进一步地，所述接收镜安装筒与激光回波放大及分析处理模块和可见光图像处理模块的外形结构匹配并固定连接。

作为优选，所述可见光面阵光敏器件为CCD或CMOS。

作为优选，所述可见光图像处理模块为红外图像处理模块或高光谱成像图像处理模块。

本发明还提供一种基于MEMS一维激光雷达和数码相机测绘方法，所述测绘方法利用上述的MEMS一维激光雷达和数码相机测绘装置实现，所述测绘方法包括：