月球车高速三维激光成像雷达系统以及成像方法

摘要

本发明一种月球车高速三维激光成像雷达系统以及成像方法，该系统包括：点结构光激光测距仪，扫描双驱动无刷伺服电机系统以及一个激光反射棱镜；采用安装位置呈90度的垂直电机和水平电机，两电机输出轴所在轴线与激光射线相交于棱镜反射斜面中心；垂直电机控制棱镜在与其输出轴垂直的平面上绕轴线方向连续自旋，另一个水平电机则采用步进的方式控制该平面在垂直方向上一定范围内俯仰转动；还设有光电码盘和编码装置；与激光测距仪配套的高速采集接口，获得的距离与棱镜滚动和俯仰角度的采样数据为同步数据；结构紧凑、质量轻、体积小、功耗低，扫描速度快，激光反射棱镜高速旋转有利于防尘，三维数据精度高，同步效果好。

主权项

1、一种月球车高速三维激光成像雷达系统，该系统包括：点结构光激光测距仪，扫描双驱动无刷伺服电机系统及一个激光反射棱镜；其特征在于：所述的双驱动无刷伺服电机，为安装位置呈90度的垂直电机和水平电机，电机输出轴所在轴线与激光射线相交于棱镜反射斜面中心；其中，一个垂直电机控制棱镜在与其输出轴垂直的平面上绕轴线方向连续自旋，另一个水平电机则采用步进的方式控制该平面在垂直方向上的一定范围内俯仰转动；所述垂直电机和水平电机的前端，分别设有与其同轴安装的光电码盘和编码器；与激光测距仪配套的高速采集接口，获得的距离与棱镜滚动和俯仰角度的采样数据为同步数据；所述的采样数据，对其进行野值剔除、空间极坐标系到笛卡尔坐标系的坐标变换，最后建立扫描场景的三维点云模型；所述的坐标变换公式为：$\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right)=(d-d_0)·(I-2·n·n^T)·p+\left(\begin{array}{c}0\\ h\\ 0\end{array}\right)$其中，d为激光测距仪距离读数，d0为激光发射处到棱镜反射斜面中心的距离，I为3×3单位阵，n为棱镜反射面的单位法向量，p为入射光线的单位向量，h为棱镜反射斜面中心到参考平面的距离。