本申請(qǐng)涉及掃描成像，特別涉及一種機(jī)載高光譜激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)、方法、上位機(jī)及存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、高光譜激光雷達(dá)是一種新型激光雷達(dá)技術(shù)，其在傳統(tǒng)單波長激光雷達(dá)的硬件基礎(chǔ)上，通過超連續(xù)譜激光作為光源用以大幅拓展發(fā)射端的光譜寬度，并針對(duì)性的增加系統(tǒng)探測(cè)端的接收波長數(shù)量，通過從各個(gè)通道獲取的不同波長的反射脈沖回波波形信號(hào)中解譯出距離和反射率屬性，從而實(shí)現(xiàn)了基于單個(gè)激光腳點(diǎn)測(cè)量，腳點(diǎn)處空間三維信息與多譜段反射光譜信息的同步一體化獲取。相比地基高光譜激光雷達(dá)，機(jī)載高光譜激光雷達(dá)在飛行中通過掃描裝置周期性不斷改變激光的入射姿態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地面目標(biāo)的覆蓋式測(cè)量成像，從而實(shí)現(xiàn)更高作業(yè)效率、更廣范圍以及更高時(shí)效的測(cè)繪任務(wù)。

2、然而，高光譜激光雷達(dá)對(duì)接收的信號(hào)光進(jìn)行了獨(dú)立通道分光探測(cè)，各光譜探測(cè)通道同時(shí)對(duì)激光發(fā)射脈沖和目標(biāo)后向散射回波進(jìn)行探測(cè)采集。這導(dǎo)致回波信息和角度編碼信息在時(shí)序上并非完全同步，因此對(duì)同一目標(biāo)點(diǎn)的探測(cè)回波和掃描單元的角度編碼信息之間時(shí)間存在時(shí)序上的偏移，進(jìn)而影響后續(xù)掃描成像的質(zhì)量。這種偏移表現(xiàn)為兩種形式：回波波形與角度編碼在時(shí)序上存在，單次激光觸發(fā)周期的絕對(duì)時(shí)序偏移，和多次激光觸發(fā)條件下的累積偏移。

3、機(jī)載高光譜激光雷達(dá)相比傳統(tǒng)大的地基高光譜激光雷達(dá)，探測(cè)距離從小于100m提升到了大于500m，使得地面遠(yuǎn)距離下的波形信號(hào)和機(jī)上的掃描角度編碼信息由于信號(hào)傳遞光程的增加而發(fā)生顯著的增加，進(jìn)而放大了二者間的時(shí)序偏差。另外在機(jī)載探測(cè)的遠(yuǎn)距離應(yīng)用場(chǎng)景下，儀器內(nèi)部多個(gè)光譜通道固定長度光路的傳播時(shí)間差異、多通道光電探測(cè)器的響應(yīng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換等因素導(dǎo)致的時(shí)序誤差的測(cè)量誤差會(huì)被探測(cè)距離的顯著增加而變得更加復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N機(jī)載高光譜激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)、方法、上位機(jī)及存儲(chǔ)介質(zhì)，以解決相關(guān)技術(shù)中機(jī)載高光譜激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)的角度編碼信息與地面回波信號(hào)測(cè)量上存在時(shí)序偏差，進(jìn)而影響后續(xù)掃描成像等問題。

2、本申請(qǐng)第一方面實(shí)施例提供一種機(jī)載高光譜激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)，包括：機(jī)載高光譜激光雷達(dá)設(shè)備，其中，設(shè)備包括設(shè)備本體、設(shè)置于設(shè)備本體上的掃描鏡單元、光電探測(cè)單元和角度編碼單元，掃描鏡單元向目標(biāo)反射掃描激光，光電探測(cè)單元用于探測(cè)目標(biāo)反射的地面回波信號(hào)，角度編碼單元獲取掃描鏡單元掃描過程的角度編碼信號(hào)；上位機(jī)，其中，上位機(jī)包括時(shí)間同步器和控制器，時(shí)間同步器用于將地面回波信號(hào)和角度編碼信號(hào)處理成角度與波形的時(shí)間同步幀數(shù)據(jù)，控制器根據(jù)目標(biāo)掃描參數(shù)控制掃描鏡單元執(zhí)行掃描動(dòng)作。

3、可選地，時(shí)間同步器還用于：在探測(cè)到地面回波信號(hào)后，發(fā)送第一時(shí)間指令至波形采集卡，其中，波形采集卡基于第一時(shí)間指令對(duì)地面回波信號(hào)進(jìn)行信號(hào)閾值判斷，若地面回波信號(hào)超過信號(hào)閾值，返回第一指令；基于第一指令發(fā)送第二時(shí)間指令至波形采集卡，并基于第二時(shí)間指令處理角度編碼信號(hào)得到角度編碼信息，其中，波形采集卡用于存儲(chǔ)地面回波信號(hào)的數(shù)據(jù)；基于第二時(shí)間指令的時(shí)序信息和角度編碼信息生成角度與波形的時(shí)間同步幀數(shù)據(jù)。

4、可選地，掃描鏡單元包括：掃描鏡、掃描鏡轉(zhuǎn)軸和電機(jī)，其中，掃描鏡，用于反射掃描激光至目標(biāo)，并將目標(biāo)反射的地面回波信號(hào)反射至光電探測(cè)單元；掃描鏡轉(zhuǎn)軸，用于連接掃描鏡和電機(jī)，并通過旋轉(zhuǎn)改變掃描鏡上法向量的空間姿態(tài)，以改變掃描激光的發(fā)射方向；電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)掃描鏡轉(zhuǎn)軸和掃描鏡實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)掃描。

5、可選地，角度編碼單元包括：光柵尺和光柵編碼讀數(shù)頭，其中，光柵尺，用于對(duì)掃描激光掃描目標(biāo)的角度進(jìn)行刻線和區(qū)分；光柵編碼讀數(shù)頭，用于讀取掃描過程中產(chǎn)生的角度刻線，并輸出每一次角度刻線時(shí)的計(jì)數(shù)信號(hào)。

6、可選地，控制器還用于存儲(chǔ)時(shí)間同步幀數(shù)據(jù)。

7、可選地，上位機(jī)還包括：波形采集卡，用于采集地面回波信號(hào)，并對(duì)地面回波信號(hào)進(jìn)行信號(hào)閾值判斷。

8、本申請(qǐng)第二方面實(shí)施例提供一種機(jī)載高光譜激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)的控制方法，包括：獲取掃描激光的目標(biāo)掃描參數(shù)；基于目標(biāo)掃描參數(shù)控制掃描鏡單元執(zhí)行掃描動(dòng)作，并獲取光電探測(cè)單元探測(cè)的地面回波信號(hào)和角度編碼單元的角度編碼信號(hào)；利用時(shí)間同步器將地面回波信號(hào)和角度編碼信號(hào)處理成角度與波形的時(shí)間同步幀數(shù)據(jù)。

9、可選地，利用時(shí)間同步器將地面回波信號(hào)和角度編碼信號(hào)處理成角度與波形的時(shí)間同步幀數(shù)據(jù)，包括：在探測(cè)到地面回波信號(hào)后，發(fā)送第一時(shí)間指令至波形采集卡，其中，波形采集卡基于第一時(shí)間指令對(duì)地面回波信號(hào)進(jìn)行信號(hào)閾值判斷，若地面回波信號(hào)超過信號(hào)閾值，返回第一指令；基于第一指令發(fā)送第二時(shí)間指令至波形采集卡，并基于第二時(shí)間指令處理角度編碼信號(hào)得到角度編碼信息，其中，波形采集卡用于存儲(chǔ)地面回波信號(hào)的數(shù)據(jù)；基于第二時(shí)間指令的時(shí)序信息和角度編碼信息生成角度與波形的時(shí)間同步幀數(shù)據(jù)。

10、本申請(qǐng)第三方面實(shí)施例提供一種上位機(jī)，包括：存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，處理器執(zhí)行程序，以執(zhí)行如上述實(shí)施例的機(jī)載高光譜激光雷達(dá)掃描方法。

11、本申請(qǐng)第四方面實(shí)施例提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序或指令，計(jì)算機(jī)程序或指令被處理器執(zhí)行，以執(zhí)行如的機(jī)載高光譜激光雷達(dá)掃描方法。

12、由此，本申請(qǐng)至少具有如下有益效果：

13、本申請(qǐng)實(shí)施例可以基于時(shí)間同步器將地面回波信號(hào)和角度編碼信號(hào)處理成角度與波形的時(shí)間同步幀數(shù)據(jù)，即實(shí)現(xiàn)回波信號(hào)和角度編碼信號(hào)的精確時(shí)間同步，解決了機(jī)載高光譜激光雷達(dá)遠(yuǎn)距離探測(cè)條件下掃描系統(tǒng)與地面回波信號(hào)測(cè)量上的時(shí)序偏差問題，從而提高后續(xù)的掃描成像的質(zhì)量。由此，解決了相關(guān)技術(shù)中機(jī)載高光譜激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)的角度編碼信息與地面回波信號(hào)測(cè)量上存在時(shí)序偏差，進(jìn)而影響后續(xù)掃描成像等技術(shù)問題。

14、本申請(qǐng)附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本申請(qǐng)的實(shí)踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種機(jī)載高光譜激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)載高光譜激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述時(shí)間同步器還用于：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)載高光譜激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述掃描鏡單元包括：掃描鏡、掃描鏡轉(zhuǎn)軸和電機(jī)，其中，

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)載高光譜激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述角度編碼單元包括：光柵尺和光柵編碼讀數(shù)頭，其中，

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)載高光譜激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器還用于存儲(chǔ)所述時(shí)間同步幀數(shù)據(jù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)載高光譜激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機(jī)還包括：波形采集卡，用于采集所述地面回波信號(hào)，并對(duì)所述地面回波信號(hào)進(jìn)行信號(hào)閾值判斷。

7.一種機(jī)載高光譜激光雷達(dá)掃描方法，其特征在于，包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的機(jī)載高光譜激光雷達(dá)掃描方法，其特征在于，所述利用所述時(shí)間同步器將所述地面回波信號(hào)和所述角度編碼信息處理成角度與波形的時(shí)間同步幀數(shù)據(jù)，包括：

9.一種上位機(jī)，其特征在于，包括：存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序，以實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求7或8所述的機(jī)載高光譜激光雷達(dá)掃描方法。

10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序或指令，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序或指令被處理器執(zhí)行，以用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求7或8所述的機(jī)載高光譜激光雷達(dá)掃描方法。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及掃描成像技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種機(jī)載高光譜激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)、方法、上位機(jī)及存儲(chǔ)介質(zhì)，系統(tǒng)包括：機(jī)載高光譜激光雷達(dá)設(shè)備，包括設(shè)備本體、設(shè)置于設(shè)備本體上的掃描鏡單元、光電探測(cè)單元和角度編碼單元，掃描鏡單元向目標(biāo)反射掃描激光，光電探測(cè)單元用于探測(cè)目標(biāo)反射的地面回波信號(hào)，角度編碼單元獲取掃描鏡單元掃描過程的角度編碼信號(hào)；上位機(jī)，包括時(shí)間同步器和控制器，時(shí)間同步器用于將地面回波信號(hào)和角度編碼信號(hào)處理成角度與波形的時(shí)間同步幀數(shù)據(jù)，控制器根據(jù)目標(biāo)掃描參數(shù)控制掃描鏡單元執(zhí)行掃描動(dòng)作。由此，解決了相關(guān)技術(shù)機(jī)載高光譜激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)的角度編碼信息與地面回波信號(hào)測(cè)量上存在時(shí)序偏差，影響后掃描成像等問題。

技術(shù)研發(fā)人員：史碩,徐騫,龔?fù)?劉斌,朱忠敏,劉帆,朱振武,曹忺,潘成
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26