激光雷达的地面应用(也包括地面激光扫描)发生在地球表面,可以是静止的,也可以是移动的。静止地面扫描作为一种测量方法最为常见,例如在传统的地形、监测、文化遗产文献和法医学中。从这些类型的扫描仪获取的3D点云可以与从扫描仪位置获取的扫描区域的数字图像相匹配,以创建逼真的3D效果,与其他技术相比,能在相对较短的时间内建立模型。点云中的每个点都被赋予了像素的颜色,该像素来自于与创建该点的激光束处于相同角度的图像。
移动激光雷达(也称为移动激光扫描)是指将两个或多个扫描仪连接到移动的车辆上,沿路径收集数据。这些扫描仪几乎总是与其他类型的设备配对,包括GNSS接收器和IMU。一个示例应用是测量街道,其中需要考虑电力线、准确的桥梁高度、边界树木等。与使用测速仪在野外单独收集这些测量数据不同,可以从点云创建一个三维模型,根据所收集数据的质量,在该模型中可以进行所需的所有测量。这就消除了忘记进行测量的问题,只要模型可用、可靠并且具有适当的精度水平。
地面激光雷达制图涉及一个占用栅格地图的生成过程。这个过程包括一个划分成网格的单元阵列,当激光雷达数据落入相应的网格单元时,网格采用一个存储高度值的过程。然后,通过对单元值应用特定阈值来创建二进制映射,以便进一步处理。下一步是处理每次扫描的径向距离和z坐标,以确定哪些3D点对应于每个指定的网格单元,从而导致数据形成过程。
激光雷达系统组成
一个基本的激光雷达系统包括一个由旋转镜反射的激光测距仪(顶部),激光在被数字化的一维或二维场景周围被扫描(中间),以指定的角度间隔收集距离测量值(底部)。
激光雷达系统由以下几个主要组件组成。
一 激光
600-1000nm激光最常见于非科学应用。激光的最大功率是有限的,或者使用自动关闭系统在特定的高度关闭激光,以确保工作人员的安全。
1550 nm激光是一种常见的替代方法,在相对较高的功率水平下对人眼安全,因为该波长不会被眼睛强烈吸收,但是检测器技术的发展不太先进,因此这些波长通常以较低的精度在较长的范围内使用。它们也用于军事应用,因为在夜视镜中看不到1550 nm ,这与较短的1000 nm红外激光不同。
机载地形测绘激光雷达通常使用1064nm二极管泵浦的YAG激光器,而测深(水下深度研究)系统通常使用532 nm倍频二极管泵浦的YAG激光器,因为532 nm穿透水的衰减比1064 nm 小得多。激光设置包括激光重复频率(控制数据收集速度)。脉冲长度通常是激光腔长度、通过增益材料(YAG、YLF等)所需的通过次数以及Q开关(脉冲)速度的一个属性。如果激光雷达接收器检测器和电子设备具有足够的带宽,则可以使用较短的脉冲获得更好的目标分辨率。
二 Flash激光雷达
Flash(闪光)激光雷达相机的焦平面具有像素行和列,这些像素具有足够的“深度”和“强度”以创建3D景观模型。每个像素记录每个激光脉冲击中目标并返回到传感器所需的时间,以及被激光脉冲接触的物体的深度、位置和反射强度。闪光灯使用单一光源,该单一光源以单一脉冲照明视场,就像照相机拍的是距离,而不是颜色。