基于线状阵列扫描的激光雷达快速三维成像.pdf

第!"卷第#期同济大学学报!自然科学版"2789!"+79#
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基于线状阵列扫描的激光雷达快速三维成像

蔡银桥&!$!童小华$!舒!嵘&
!&9中国科学院上海技术物理研究所'上海$%%%?!%$9同济大学测量与国土信息工程系'上海$%%%"$"

摘要#介绍了一种线阵快扫描三维激光雷达成像仪'给出了!!激光具有单色性-准直性-大功率-短脉冲等特
线阵激光雷达的系统结构和工作原理9从阵列探测器中的某点'从&"世纪A%年代以来'它在测距和成像等领域
一单元出发'在分析激光光束发射与接收光路的基础上'利
获得了广泛应用9在民用方面'激光技术最初主要用
用光学原理和解析几何推导了线阵激光雷达成像严密的计
于电子测距!L8LNJR7ECNMCDJIENLHLID:RLHLEJD'
算方程'并分析了影响激光雷达成像质量的内部和外部因
3@\"%后来'激光技术逐渐应用到全站仪中'诞生了
素9外场测试实验表明'在!%H的距离'该仪器原理样机的
无反射棱镜全站仪+&,%在$%世纪"%年代'一些测量
距离分辨率可以达到;NH'能够探测到直径在?NH以上的
仪器厂商尝试将激光测距仪安装在云台单元上'它
目标'平面拟合后的残差的标准偏差在;NH左右9
很类似现在的激光扫描仪'但是其扫描速度和成像
关键词#遥感%激光扫描%三维成像%线阵
精度均较低%同时'一些学者提出利用包含两个镜子
中图分类号#/+";?!文献标识码#,
的光机扫描仪来成像'两个镜子用来控制激光光束
在相互正交的方向上偏转'这些仪器被称为成像激
@.1)!3W2.40&4#0)6S02"L%*L*/046)Z.1",+,
光雷达$9由于有效距离较远'目前大多数激光扫描
+'.&&",O.1">%&Z0&".,:,,.=+'.&&0&4
仪是采用飞行时间法!JCHL7SS8CKUJ'/(."来测距
+!,
&'$$&的%在工业领域中'为了获取物体表面更高的测量
'.2+$&R$05'C/*4#$058,0'I("S5&6
!&94UIEKUIC1EDJCJ:JL7S/LNUECNI8_UPDCND'6UCELDL,NIMLHCN4NCLENL'精度!微米级"'一些仪器设计人员采用三角测量原
4UIEKUIC$%%%?!'6UCEI%$9@LYIRJHLEJ7S4:RTLPCEKIEM0L7<理来精确测距+=,%基于相位法测距的成像激光雷达
CES7RHIJCND'/7EKBC)ECTLRDCJP'4UIEKUIC$%%%"$'6UCEI"工作距离和成像精度介于上述两种测距方式之
间+;,9激光雷达可以搭载在不同平台上'既可以放在
:;1),.')#,8IDLRDNIEELR:DCEK8CELIRIRRIPDNIEECEKS7RSIDJ
地面上静态测量小目标'称为地面激光雷达
JURLL<MCHLEJC7EI8CHIKCEKCDCEJR7M:NLM9^7JUJULDPDJLHDJR:NJ:RL
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IEM7YLRIJC7EI8YRCENCY8LIRLYRLDLEJLM9^IDLM7EJULIEI8PDCD7S!JLRRLDJRCI88IDLRDNIEELR'/-4"'也可以搭载在
JULLHCJJCEKIEMRLNLCTCEKYIJU7SJUL8IDLRQLIH'JULRCK7R7:D飞机-宇宙飞船等平台上实施大范围观测'称为机载
CHIKCEKLV:IJC7ED7SJUL8IDLRDNIEELRCDMLM:NLMDJIRJCEKSR7H激光雷达!ICRQ7REL8IDLRDNIEELR',-4"+?,9
7EL:ECJ7SJULIRRIPMLJLNJ7RQPHLIED7SJUL7YJCNI8YRCENCY8LD对于目前大多数商用的地面激光雷达来说'每
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次激光脉冲只能获取一个目标点的三维坐标9尽管
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现在的激光脉冲频率在不断提高'但在需要获取一
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TLRJCNI8RLD78:JC7E7SJULCEDJR:HLEJCD;NH'XUC8LCEJULMCRLNJC7E个大范围场景的三维点云图像时'激光扫