本發(fā)明涉及移動(dòng)測量及測繪遙感綜合應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種車載彩色三維掃描激光雷達(dá)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)在移動(dòng)車輛平臺(tái)上同時(shí)獲取目標(biāo)地物的彩色光譜信息和三維空間信息。

背景技術(shù)：

車載對(duì)地觀測激光雷達(dá)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)道路環(huán)境下地物高空間分辨率的三維空間描述的重要遙感手段，尤其是在城市環(huán)境中，在快速獲取三維空間信息方面具有突出優(yōu)點(diǎn)。但由于受制于傳統(tǒng)激光雷達(dá)的單一波長限制，難以獲取有效的地物光譜特征，而光譜信息能有效表達(dá)地物屬性。通常需要匹配一臺(tái)全景相機(jī)同時(shí)探測，以獲取相應(yīng)的紋理和彩色光譜信息，但是這樣成本太高，后續(xù)數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，精度效果已經(jīng)不適于市場發(fā)展需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供車載彩色三維掃描激光雷達(dá)技術(shù)方案，通過車載平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)彩色三維掃描成像探測，同時(shí)獲取三維空間信息和彩色光譜信息，實(shí)現(xiàn)三維空間信息和彩色光譜信息的協(xié)同后處理。

本發(fā)明技術(shù)方案提供一種車載激光雷達(dá)三維掃描方法，在車輛上設(shè)置激光發(fā)射單元、信號(hào)探測單元、pos單元和核心處理單元，所述激光發(fā)射單元包括彩色激光光源，

激光發(fā)射單元進(jìn)行彩色激光發(fā)射，經(jīng)目標(biāo)地物進(jìn)行反射后輸入信號(hào)探測單元，信號(hào)探測單元的采集結(jié)果輸入核心處理單元，獲取掃描所得點(diǎn)云，得到點(diǎn)云的彩色光譜信息，確定點(diǎn)云的相對(duì)幾何位置；

pos單元同時(shí)記錄姿態(tài)位置信息并輸入核心處理單元，根據(jù)激光發(fā)射單元與pos單元的相對(duì)姿態(tài)，基于點(diǎn)云的相對(duì)幾何位置獲取點(diǎn)云的絕對(duì)幾何位置，得到點(diǎn)云的空間位置信息。

而且，針對(duì)點(diǎn)云記錄時(shí)間戳，并與pos單元記錄的時(shí)間戳相匹配。

而且，根據(jù)點(diǎn)云的幾何信息，進(jìn)行幾何異常點(diǎn)剔除，剔除非目標(biāo)地物。

而且，根據(jù)點(diǎn)云的彩色光譜信息，進(jìn)行色彩糾正，以獲得真實(shí)的紋理。

而且，針對(duì)車速變化引起的點(diǎn)云密度變化，通過點(diǎn)云升采樣和降采樣實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云密度的統(tǒng)一。

而且，點(diǎn)云的升尺度和降尺度參考幾何分布情況和顏色相似情況，包括對(duì)于幾何分布集中的，且顏色信息相似的點(diǎn)集，視為相同地物目標(biāo)的點(diǎn)集，進(jìn)行升采樣和降采樣的過程中，以滿足以上條件的點(diǎn)集為樣本進(jìn)行內(nèi)插或者抽稀，

判斷條件如下，

其中，d為兩點(diǎn)之間距離，(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2)分別為兩點(diǎn)的空間坐標(biāo)，當(dāng)d值小于相應(yīng)預(yù)設(shè)閾值，則認(rèn)為兩點(diǎn)滿足幾何分布集中的條件；

c＝w1(r1-r2)²+w2(g1-g2)²+w3(b1-b2)²

其中，c為兩點(diǎn)的色差，(r1,g1,b1)和(r2,g2,b2)分別為兩點(diǎn)的rgb色空間的色矢量，w1,w2,w3分別為rgb通道加權(quán)系數(shù)，當(dāng)c值小于相應(yīng)預(yù)設(shè)閾值，則認(rèn)為兩點(diǎn)滿足顏色信息相似的條件。

本發(fā)明提供一種基于車載激光雷達(dá)三維掃描的地物分類方法，根據(jù)以上方法所得點(diǎn)云的彩色光譜信息和空間位置信息，進(jìn)行地物分類。

而且，點(diǎn)云的彩色光譜信息和空間位置信息構(gòu)成6維數(shù)據(jù)，包括基于pos單元所得絕對(duì)幾何位置的3維空間信息和3個(gè)波長的彩色激光強(qiáng)度信息，

使用白板數(shù)據(jù)，對(duì)3個(gè)波長的彩色激光強(qiáng)度信息分別按下式進(jìn)行定標(biāo)，得到歸一化的標(biāo)準(zhǔn)光譜強(qiáng)度如下，

其中，ref為歸一化的標(biāo)準(zhǔn)光譜強(qiáng)度，itarget為目標(biāo)的反射強(qiáng)度，ispec為白板的反射強(qiáng)度；

3個(gè)波長的歸一化的標(biāo)準(zhǔn)光譜強(qiáng)度構(gòu)成歸一化后的光譜信息向量，然后利用歸一化后的光譜信息向量對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行分類；

利用三維空間信息，通過k鄰近方法，對(duì)分類后點(diǎn)云進(jìn)行重分類，實(shí)現(xiàn)如下，

設(shè)點(diǎn)云中的i點(diǎn)在基于光譜信息分類后的類別為ck類，記為其空間坐標(biāo)為(xi,yi,zi)，然后遍歷其他點(diǎn)，假設(shè)遍歷到第j個(gè)點(diǎn)點(diǎn)屬于ci類，其空間坐標(biāo)為(xj,yj,zj)，計(jì)算與的空間歐式距離

若dij小于相應(yīng)預(yù)設(shè)閾值，則認(rèn)為點(diǎn)在點(diǎn)一定幾何空間范圍內(nèi)，把它記為領(lǐng)域內(nèi)點(diǎn)，遍歷完所有的點(diǎn)之后，找出點(diǎn)領(lǐng)域內(nèi)點(diǎn)最多的類別cl，則將點(diǎn)重新分類為類別cl，即

本發(fā)明提供一種車載激光雷達(dá)三維掃描系統(tǒng)，包括設(shè)置在車輛上的激光發(fā)射單元、信號(hào)探測單元、pos單元和核心處理單元，所述激光發(fā)射單元包括彩色激光光源，

激光發(fā)射單元進(jìn)行彩色激光發(fā)射，經(jīng)目標(biāo)地物進(jìn)行反射后輸入信號(hào)探測單元，信號(hào)探測單元的采集結(jié)果輸入核心處理單元，獲取掃描所得點(diǎn)云，得到點(diǎn)云的彩色光譜信息，確定點(diǎn)云的相對(duì)幾何位置；

pos單元記錄姿態(tài)位置信息并輸入核心處理單元，根據(jù)激光發(fā)射單元與pos單元的相對(duì)姿態(tài)，基于點(diǎn)云的相對(duì)幾何位置獲取點(diǎn)云的絕對(duì)幾何位置，得到點(diǎn)云的空間位置信息。

而且，在車輛左右兩側(cè)各安裝一套激光發(fā)射單元和信號(hào)探測單元；pos單元放置于車輛上方；核心處理單元放置于車內(nèi)。

本發(fā)明打破現(xiàn)有車載激光雷達(dá)單一波長激光光源的局限，創(chuàng)造性提出彩色激光掃描探測，直接獲取具有彩色激光光譜信息的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，提升車載激光雷達(dá)對(duì)地探測的能力，豐富傳感器獲得的信息，并支持利用獲得的豐富光譜和空間信息，配合相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行色彩校正，升降采樣，地物分類等。應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)方案時(shí)，利用車輛行駛軌跡，同時(shí)獲取目標(biāo)地物的彩色激光光譜信息和激光點(diǎn)云信息，從而支持通過三維重構(gòu)獲取目標(biāo)的彩色激光成像，增強(qiáng)激光雷達(dá)的彩色分辨能力。本發(fā)明技術(shù)方案可以廣泛運(yùn)用于數(shù)字城市，智慧城市等領(lǐng)域，尤其是道路兩側(cè)建筑等地物的彩色三維表達(dá)，具有重要的市場價(jià)值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的各單元安裝位置示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的激光發(fā)射結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的信號(hào)探測結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明技術(shù)方案。

本發(fā)明提出，針對(duì)車載雷達(dá)遙感技術(shù)，克服現(xiàn)有技術(shù)偏見將現(xiàn)有單波長激光雷達(dá)技術(shù)改為可見光范圍內(nèi)的三色合成的彩色激光波長，或者采用連續(xù)白光激光，使其探測數(shù)據(jù)具有彩色光譜回波強(qiáng)度和角度，距離信息。在新的設(shè)備條件下，進(jìn)行相應(yīng)探測處理，也是本發(fā)明的研討范圍。

若采用三色合成的方法則優(yōu)選采用波長范圍為600-700nm，490-580nm，490-450nm的紅綠藍(lán)色激光，經(jīng)過多個(gè)二向色鏡組合進(jìn)行合束實(shí)現(xiàn)。

通過車載平臺(tái)實(shí)現(xiàn)三維掃描和車輛行駛軌跡聯(lián)合的三維彩色激光掃描成像探測，直接獲取車載激光雷達(dá)三維空間信息和彩色激光光譜信息，使激光雷達(dá)在保留三維空間分辨能力的同時(shí)，還兼具彩色光譜判別能力。彩色光譜判別能力是本發(fā)明的最大特點(diǎn)，現(xiàn)有車載激光掃描技術(shù)配備的是單色激光，由于單色激光沒有色彩光譜信息，必須匹配全景、多視角相機(jī)來獲取彩色光譜。而現(xiàn)有技術(shù)的單色激光與相機(jī)的融合涉及紋理匹配的問題，其紋理數(shù)據(jù)量極大，匹配算法復(fù)雜，計(jì)算量大，而且誤差大。如果采用本專利技術(shù)，時(shí)間減少50-80％、誤差減小60％左右、成本降低70％左右。車載彩色三維掃描激光雷達(dá)可一次生成具有彩色激光光譜信息的激光掃描的城市成像數(shù)據(jù)，具有更高的光譜分辨能力和地物識(shí)別能力，全面提高激光雷達(dá)地物識(shí)別的精度和地物遙感探測的能力和應(yīng)用范圍。本發(fā)明主要對(duì)車載激光器機(jī)構(gòu)及彩色點(diǎn)云處理部分進(jìn)行改進(jìn)。

本發(fā)明技術(shù)方案提供一種車載彩色三維掃描激光雷達(dá)，主要包括激光發(fā)射單元、信號(hào)探測單元、pos單元和核心處理單元，所述激光發(fā)射單元包括彩色激光光源、光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)、掃描轉(zhuǎn)鏡和電機(jī)，所述信號(hào)探測單元包括依次連接的光學(xué)接收系統(tǒng)、彩色激光信號(hào)探測器、多通道數(shù)據(jù)采集單元。此外，還設(shè)置時(shí)序控制電路和角度編碼器。彩色激光光源發(fā)出的激光經(jīng)發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)輸出，，輸出的光信號(hào)入射到掃描轉(zhuǎn)鏡，經(jīng)掃描轉(zhuǎn)鏡對(duì)目標(biāo)地物進(jìn)行彩色激光掃描，所產(chǎn)生回波信號(hào)經(jīng)掃描轉(zhuǎn)鏡反射到接收光學(xué)系統(tǒng)，接收光學(xué)系統(tǒng)捕獲的信號(hào)經(jīng)彩色激光信號(hào)探測器探測所得彩色光譜和距離信息被輸送至多通道數(shù)據(jù)采集單元，時(shí)序控制電路對(duì)多通道數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行時(shí)序控制，并反饋采集結(jié)果到核心處理單元。具體實(shí)施時(shí)還可以設(shè)置pin探測器以提高自動(dòng)化程度，pin探測器連接時(shí)序控制電路，采集彩色激光光源經(jīng)發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)輸出的部分光信號(hào)，作為觸發(fā)信號(hào)輸入時(shí)序控制電路。核心處理單元在三維掃描過程可跟隨車輛行駛軌跡，并聯(lián)合pos單元提供的位置與姿態(tài)信息，提供三維掃描結(jié)果。另外左右兩側(cè)或前后兩側(cè)的數(shù)據(jù)分別由兩側(cè)的獨(dú)立的激光發(fā)射單元和信號(hào)探測單元獨(dú)立獲取。

參見圖1，本發(fā)明實(shí)施例的車載彩色三維掃描激光雷達(dá)主要包括激光發(fā)射單元1、信號(hào)探測單元2、pos單元3，核心處理單元4。

所述激光發(fā)射單元1包括彩色激光光源6、光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)7、掃描轉(zhuǎn)鏡9和電機(jī)8。

所述信號(hào)探測單元2包括光學(xué)接收系統(tǒng)10、彩色激光信號(hào)探測器11和多通道數(shù)據(jù)采集單元13。

所述pos單元3包括gnss和imu，提供定位定姿功能。

pos單元中的gnss指全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，泛指所有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，包括全球的、區(qū)域的和增強(qiáng)的，如美國的gps、俄羅斯的glonass、歐洲的galileo、中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等。imu為慣性測量單元(inertialmeasurementunit，簡稱imu)是測量物體三軸姿態(tài)角(或角速率)以及加速度的裝置。具體實(shí)施時(shí)主要需固定imu的相對(duì)位置。

此外，為了便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化掃描，本發(fā)明還設(shè)置時(shí)序控制電路5，在激光發(fā)射單元1內(nèi)設(shè)置角度編碼器12。

激光發(fā)射單元1可以安裝在車輛左右兩側(cè)各一個(gè)，或者車輛前方或后方各一個(gè)。激光發(fā)射單元通過汽車的行駛軌跡構(gòu)成三維掃描。信號(hào)探測單元2進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。

實(shí)施例中各單元安放位置采用優(yōu)選方案：如圖1，實(shí)施例中激光發(fā)射單元1和信號(hào)探測單元2各一套安裝在汽車左右兩側(cè)，分別測量道路左右兩側(cè)的地物；若左右采集數(shù)據(jù)出現(xiàn)重合情況，可由數(shù)據(jù)后處理解決。pos單元3放置于汽車上方空曠的位置，便于接收衛(wèi)星信號(hào)；核心處理單元4等其他部分(例如時(shí)序控制電路)可集成放置于車內(nèi)，便于工作人員操作。

實(shí)施例所述的激光發(fā)射單元1，進(jìn)行彩色激光發(fā)射，光束通過一段飛行時(shí)間，到達(dá)目標(biāo)地物進(jìn)行反射，回到信號(hào)探測單元2。光束飛行的時(shí)間由發(fā)射時(shí)間與信號(hào)接收時(shí)間做差得到，地物的距離由飛行時(shí)間乘以光速計(jì)算得到。光束的空間角由掃描轉(zhuǎn)鏡的角度進(jìn)行推算。由以上數(shù)據(jù)便可以得到目標(biāo)點(diǎn)與激光發(fā)射單元的相對(duì)空間位置。pos單元與兩個(gè)激光發(fā)射單元的相對(duì)位置關(guān)系在具體實(shí)施時(shí)可預(yù)先人工定標(biāo)得到，從而得到點(diǎn)云的絕對(duì)空間位置信息。在車輛行駛的過程中，pos高時(shí)間頻率地記錄姿態(tài)位置信息，為點(diǎn)云提供高精度幾何信息。

因此，左右兩側(cè)的激光發(fā)射單元與pos的相對(duì)姿態(tài)需要固定，并分別進(jìn)行定標(biāo)，以便準(zhǔn)確的獲取點(diǎn)云的幾何位置。點(diǎn)云的相對(duì)幾何位置，由激光發(fā)射單元與信號(hào)探測單元得到，但點(diǎn)云的絕對(duì)幾何位置需要pos單元提供點(diǎn)云的實(shí)時(shí)坐標(biāo)原點(diǎn)位置計(jì)算得到。所以點(diǎn)云的記錄格式需要記錄時(shí)間戳，與pos單元數(shù)據(jù)的時(shí)間戳相匹配。

參見圖2，本發(fā)明實(shí)施例的車載彩色三維掃描激光雷達(dá)的更加具體的結(jié)構(gòu)包括pos單元3，核心處理單元4，時(shí)序控制電路5，彩色激光光源6，光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)7，電機(jī)8(附帶相應(yīng)驅(qū)動(dòng))，掃描轉(zhuǎn)鏡9，光學(xué)接收系統(tǒng)10，彩色激光信號(hào)探測器11，角度編碼器12，多通道數(shù)據(jù)采集單元13。

時(shí)序控制電路5分別連接核心處理單元4、pos單元3，每個(gè)激光發(fā)射單元1的彩色激光光源6、電機(jī)8、角度編碼器12，以及每個(gè)信號(hào)探測單元2的多通道數(shù)據(jù)采集單元13，彩色激光光源6連接發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)7，接收光學(xué)系統(tǒng)10、彩色激光信號(hào)探測器11和多通道數(shù)據(jù)采集單元13依次連接，電機(jī)8連接角度編碼器12。

實(shí)施例所述的核心處理單元4觸發(fā)時(shí)序控制電路5，由時(shí)序控制電路5來協(xié)調(diào)所有其他單元的工作。pos單元3，按照一定的采樣頻率進(jìn)行位置和姿態(tài)獲取，通過時(shí)序控制電路5將位置和姿態(tài)信息存儲(chǔ)于核心處理單元4。由時(shí)序控制電路5觸發(fā)彩色激光發(fā)射，通過依次連接的彩色激光光源6、光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)7，將激光匯聚在掃描轉(zhuǎn)鏡9上，再反射到目標(biāo)地物，獲取目標(biāo)地物的相關(guān)信息。由時(shí)序控制電路5觸發(fā)電機(jī)8和角度編碼器12，電機(jī)8和角度編碼器12連接，角度編碼器12記錄電機(jī)8的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。來自目標(biāo)地物反射的激光通過接收光學(xué)系統(tǒng)10、彩色激光信號(hào)探測器11和多通道數(shù)據(jù)采集單元13，通過時(shí)序控制電路5存儲(chǔ)在核心處理單元4。

具體實(shí)施時(shí)，核心處理單元4可采用pc機(jī)等設(shè)備，本領(lǐng)域技術(shù)人員可自行采用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)在核心處理單元4上預(yù)先設(shè)定控制方式，經(jīng)時(shí)序控制電路5對(duì)車載彩色三維掃描激光雷達(dá)工作進(jìn)行控制。結(jié)合距離、角度和pos數(shù)據(jù)可得各激光點(diǎn)的坐標(biāo)，具體實(shí)施時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可自行采用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)在核心處理單元4上擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)后續(xù)數(shù)據(jù)處理。點(diǎn)云的彩色光譜信息由信號(hào)探測單元得到，幾何信息和彩色信息同時(shí)記錄于相應(yīng)的彩色點(diǎn)云格式文件中，并標(biāo)記有相應(yīng)的時(shí)間戳。彩色點(diǎn)云格式如：頭文件區(qū)，數(shù)據(jù)記錄區(qū)。頭文件去包含：文件類型，文件id，全局編碼，項(xiàng)目id，等等。數(shù)據(jù)記錄區(qū)包括：點(diǎn)坐標(biāo)，三通道強(qiáng)度，掃描角，點(diǎn)類別，gps時(shí)間。

光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)的作用是，使彩色激光光源發(fā)出的各脈沖激光合束，部分光信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)輸入時(shí)序控制電路，其他部分光信號(hào)入射到掃描轉(zhuǎn)鏡，經(jīng)掃描轉(zhuǎn)鏡對(duì)目標(biāo)地物進(jìn)行彩色激光掃描。光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)的具體實(shí)施方式與彩色激光光源方案相對(duì)應(yīng)。激光在目標(biāo)地物上產(chǎn)生回波信號(hào)，經(jīng)掃描轉(zhuǎn)鏡反射到接收光學(xué)系統(tǒng)，接收光學(xué)系統(tǒng)捕獲的信號(hào)經(jīng)彩色激光信號(hào)探測器探測所得各脈沖激光的強(qiáng)度和目標(biāo)地物距離信息被輸送至多通道數(shù)據(jù)采集單元，時(shí)序控制電路對(duì)多通道數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行時(shí)序控制，并反饋采集結(jié)果到核心處理單元。

參見圖3，為便于實(shí)施參考起見，提供實(shí)施例發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)說明如下：

彩色激光光源6包括綠光脈沖激光光源102、紅光脈沖激光光源101、藍(lán)光脈沖激光光源103，發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)7為光束合束系統(tǒng)，由三個(gè)脈沖激光光源發(fā)射出的激光經(jīng)過合束系統(tǒng)后成為一束光輸出。其中，合束系統(tǒng)由第一全反射鏡106、第二全反射鏡107、第三全反射鏡108及第一分光濾光片104、第二分光濾光片105構(gòu)成。

紅光脈沖激光光源101以及第二全反射鏡107分別輸出到第一分光濾光片104，綠光脈沖激光光源102輸出到第二全反射鏡107，藍(lán)光脈沖激光光源103輸出到第三全反射鏡108。紅光脈沖激光光源101輸出的紅光脈沖激光經(jīng)過第一分光濾光片104透射；由綠光脈沖激光光源102輸出的綠光脈沖激光經(jīng)過第二全反射鏡107反射后，入射到第一分光濾光片104，與紅光脈沖激光光源101輸出的紅光脈沖激光合為一束光線。同時(shí)，由藍(lán)光脈沖激光光源103輸出的藍(lán)光脈沖激光經(jīng)第三全反射鏡108反射，再通過第二分光濾光片105后，與綠光脈沖激光和紅光脈沖激光合束的光線進(jìn)一步合為一束彩色激光，并經(jīng)第一全反射鏡106后輸出，即發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)37所得結(jié)果。并且可以大部分光信號(hào)入射到多面體的掃描轉(zhuǎn)鏡9進(jìn)行探測，小部分光信號(hào)給pin探測器作為觸發(fā)信號(hào)。

具體實(shí)施時(shí)，可在紅光脈沖激光光源101的光束傳播方向的光軸上，從左至右依次放置第一分光濾光片104、第二分光濾光片105、第一全反射鏡106，其中第一分光濾光片104、第二分光濾光片105分別與光軸呈135度角放置，第一全反射鏡106與該光軸呈45度角放置。紅光脈沖激光光源101、綠光脈沖激光光源102、藍(lán)光脈沖激光光源103分別的光束傳播方向的光軸平行。在綠光脈沖激光光源102的光束傳播方向的光軸上設(shè)置第二全反射鏡107，第二全反射鏡107與該光軸呈135度角放置，由綠光脈沖激光光源102輸出的綠光脈沖激光經(jīng)過第二全反射鏡107反射后，入射到第一分光濾光片104的光路，與紅光脈沖激光光源101輸出的紅光脈沖激光經(jīng)第一分光濾光片104透射的光路垂直，使得綠光脈沖激光經(jīng)第一分光濾光片104與紅光脈沖激光合束；在藍(lán)光脈沖激光光源103的光束傳播方向的光軸上設(shè)置第三全反射鏡108，第三全反射鏡108與該光軸呈135度角放置，由藍(lán)光脈沖激光光源103輸出的藍(lán)光脈沖激光經(jīng)第三全反射鏡108反射，入射到第二分光濾光片105的光路，與綠光脈沖激光和紅光脈沖激光合束的光線經(jīng)第二分光濾光片105透射的光路垂直，使得藍(lán)光脈沖激光經(jīng)第二分光濾光片105與綠光脈沖激光和紅光脈沖激光合束的光線進(jìn)一步合為一束彩色激光。

參見圖4，實(shí)施例的掃描轉(zhuǎn)鏡9采用多面體的掃描棱鏡實(shí)現(xiàn)，接收光學(xué)系統(tǒng)10包括接收反射鏡201，準(zhǔn)直透鏡202，第一窄帶濾光片204，第一聚焦透鏡205、第二聚焦透鏡209、第三聚焦透鏡212，第一光電探測器206、第二光電探測器210、第三光電探測器213，第三分光濾光片207，第二窄帶濾光片208，第三窄帶濾光片211，第四分光濾光片203。

發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)7所得最終的激光束入射到掃描轉(zhuǎn)鏡9，通過掃描轉(zhuǎn)鏡9進(jìn)行激光掃描，目標(biāo)地物激光回波信號(hào)返回到掃描轉(zhuǎn)鏡9上，并且反射到接收反射鏡201上，接收反射鏡201將回波信號(hào)經(jīng)準(zhǔn)直透鏡202入射到第四分光濾光片203，通過該第四分光濾光片203將彩色回波激光分成兩個(gè)通道分別接收和探測。其中，紅色激光回波信號(hào)透射后入射到第一窄帶濾光片204，經(jīng)第一聚焦透鏡205后入射到第一光電探測器206上；藍(lán)色和綠色回波信號(hào)經(jīng)第四分光濾光片203反射后，入射到第三分光濾光片207，其中，藍(lán)色激光回波信號(hào)經(jīng)第三分光濾光片207反射后進(jìn)入第二窄帶濾光片208，通過第二聚焦透鏡209入射到第二光電探測器210上；綠色激光回波信號(hào)由第三分光濾光片207透射后，入射到第三窄帶濾光片211，通過第三聚焦透鏡212后入射到第三光電探測器213上。

具體實(shí)施時(shí)，可在準(zhǔn)直透鏡202的光軸上，從右至左依次放置掃描轉(zhuǎn)鏡9、接收反射鏡201，準(zhǔn)直透鏡202、第四分光濾光片203、第一窄帶濾光片204、第一聚焦透鏡205、第一光電探測器206，第四分光濾光片203與該光軸呈45度角放置，第四分光濾光片203的反射光路上依次設(shè)置第三分光濾光片207、第三窄帶濾光片211、第三聚焦透鏡212、第三光電探測器213，第三分光濾光片207的反射光路與準(zhǔn)直透鏡202的光軸平行且第三分光濾光片207與該光軸呈135度角放置，該光路上依次設(shè)置第二窄帶濾光片208、第二聚焦透鏡209、第二光電探測器210。得到的原始彩色點(diǎn)云可能存在由于環(huán)境或硬件問題產(chǎn)生的幾何異常點(diǎn)，具體實(shí)施時(shí)可通過幾何約束方式來剔除相應(yīng)的異常點(diǎn)。另外，彩色點(diǎn)云也可能由于角度，距離等因素導(dǎo)致的顏色不均勻，不正常等問題。優(yōu)選地，通過濾波算法進(jìn)行色彩糾正，以使顏色與真實(shí)情況相符。具體來說：

根據(jù)點(diǎn)云的幾何信息，進(jìn)行幾何異常點(diǎn)剔除，可以剔除一些非目標(biāo)地物，比如行人，動(dòng)物，等等。相對(duì)于傳統(tǒng)激光點(diǎn)云，車載彩色三維掃描激光雷達(dá)還可以獲取光譜信息，根據(jù)相關(guān)算法，對(duì)于光譜信息進(jìn)行處理，以達(dá)到使其與真實(shí)情況或者人眼觀察情況相適應(yīng)的目的。以便在之后的建模等需求中獲得真實(shí)的紋理。具體涉及的算法可有距離校正，角度校正，白板校正。距離校正是通過前期實(shí)驗(yàn)得到激光信息強(qiáng)度隨著距離信息而變化的規(guī)律來校正信號(hào)強(qiáng)度。一般而言，強(qiáng)度會(huì)隨著距離的增加而變小且滿足一定公式，根據(jù)這一規(guī)律便可以校正強(qiáng)度。角度校正是通過前期實(shí)驗(yàn)得到激光信息強(qiáng)度隨著入射角度信息而變化的規(guī)律來校正信號(hào)強(qiáng)度。一般而言，強(qiáng)度會(huì)隨著入射角與90度的差的增加而變小且滿足一定公式，根據(jù)這一規(guī)律便可以校正強(qiáng)度。白板校正是激光光譜信息歸一化所必須的過程，通過白板定標(biāo)，才能使點(diǎn)云顏色與真實(shí)地物相符。距離校正、角度校正和白板校正的具體實(shí)現(xiàn)可參見現(xiàn)有技術(shù)。

另外，由車速變化引起的點(diǎn)云密度變化，需要通過后期的點(diǎn)云升采樣和降采樣來實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云密度的統(tǒng)一。因?yàn)辄c(diǎn)云密度的統(tǒng)一有利于點(diǎn)云的分類與分割以及各種后處理過程，當(dāng)點(diǎn)云密度過于稀疏時(shí)，應(yīng)實(shí)施升采樣，反之則實(shí)施降采樣。而點(diǎn)云的升尺度和降尺度除了參考空間信息的變化頻率，由于車載彩色三維掃描激光雷達(dá)的彩色信息特性，還可以參考顏色變化頻率及幾何分布，以實(shí)現(xiàn)更加合理的點(diǎn)云的升尺度和降尺度。具體方法如下：對(duì)于幾何分布集中的，且顏色信息相似的點(diǎn)集，視為相同地物目標(biāo)的點(diǎn)集。則在進(jìn)行升采樣和降采樣的過程中，以滿足以上條件的點(diǎn)集為樣本進(jìn)行內(nèi)插或者抽稀。對(duì)于幾何分布情況和顏色相似情況可以通過以下式子進(jìn)行判定：

其中，d為兩點(diǎn)之間距離，(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2)分別為兩點(diǎn)的空間坐標(biāo)。當(dāng)d值小于相應(yīng)預(yù)設(shè)閾值，則認(rèn)為兩點(diǎn)滿足集中條件。

c＝w1(r1-r2)²+w2(g1-g2)²+w3(b1-b2)²

其中，c為兩點(diǎn)的色差，(r1,g1,b1)和(r2,g2,b2)分別為兩點(diǎn)的rgb色空間的色矢量。w1,w2,w3分別為rgb通道的加權(quán)系數(shù)，根據(jù)人眼對(duì)rgb三色分量的分辨程度，w1,w2,w3的經(jīng)驗(yàn)值分別為4,8,1。當(dāng)c值小于相應(yīng)預(yù)設(shè)閾值，則認(rèn)為兩點(diǎn)滿足顏色信息相似的條件。

具體實(shí)施時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可自行預(yù)設(shè)距離和色差的相應(yīng)閾值。

另外對(duì)于車載三維掃描彩色激光雷達(dá)獲取的彩色點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可以利用其光譜信息和空間信息對(duì)地物進(jìn)行分類，以實(shí)現(xiàn)道路周邊環(huán)境的分類與目標(biāo)地物提取。方法首先利用光譜信息對(duì)所有點(diǎn)云分類，然后利用k鄰近方法對(duì)三維空間信息加以利用，對(duì)光譜分類中的錯(cuò)點(diǎn)進(jìn)行校正，提高分類精度。具體方法如下：彩色激光雷達(dá)點(diǎn)云擁有6維數(shù)據(jù)，其中包括3維空間信息和3個(gè)波長的彩色激光強(qiáng)度信息。首先利用pos，使相對(duì)空間信息成為絕對(duì)空間信息。同時(shí)使用白板數(shù)據(jù)，對(duì)3個(gè)波長的彩色激光強(qiáng)度信息進(jìn)行定標(biāo)，得到歸一化標(biāo)準(zhǔn)光譜強(qiáng)度。歸一化公式如下：

其中，ref為歸一化的標(biāo)準(zhǔn)光譜強(qiáng)度，itarget為目標(biāo)的反射強(qiáng)度，ispec為白板的反射強(qiáng)度。

3個(gè)波長的歸一化的標(biāo)準(zhǔn)光譜強(qiáng)度構(gòu)成歸一化后的光譜信息向量，然后利用歸一化后的光譜信息向量對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行分類，分類方法可以采用監(jiān)督分裂，非監(jiān)督分類和深度學(xué)習(xí)方法。若采用監(jiān)督分類方法，則先進(jìn)行樣本訓(xùn)練，可由本領(lǐng)域技術(shù)人員預(yù)先對(duì)少量部分點(diǎn)云進(jìn)行分類，得到訓(xùn)練樣本，且訓(xùn)練樣本的類別必須齊全。然后利用這些訓(xùn)練樣本進(jìn)行模型訓(xùn)練，根據(jù)這些訓(xùn)練樣本的特征參數(shù)(歸一化后的光譜信息向量)與所屬類別，計(jì)算出分類模型的參數(shù)，以確定分類模型。最后用分類模型對(duì)所有的點(diǎn)云進(jìn)行分類，即可得到所有點(diǎn)的類別。分類后，利用三維空間信息，通過k鄰近方法，對(duì)分類后點(diǎn)云進(jìn)行重分類。k鄰近方法重分類原理如下：基于周邊出現(xiàn)頻率最高的類別為正確的類別的假設(shè)，在重分類過程中，將點(diǎn)的類別確定為一定三維距離內(nèi)的類別頻率最高的類，其中k為正整數(shù)。

例如設(shè)點(diǎn)云中的i點(diǎn)在基于光譜信息分類后的類別為ck類，記為其空間坐標(biāo)為(xi,yi,zi)。然后遍歷所有其他點(diǎn)，若點(diǎn)云數(shù)據(jù)過大，則可以采用kd-tree等方法減小遍歷時(shí)間。假設(shè)遍歷到第j個(gè)點(diǎn)點(diǎn)屬于ci類，其空間坐標(biāo)為(xj,yj,zj)。計(jì)算與的空間歐式距離

若dij小于相應(yīng)預(yù)設(shè)閾值，則認(rèn)為點(diǎn)在點(diǎn)一定幾何空間范圍內(nèi)，把它記為領(lǐng)域內(nèi)點(diǎn)。遍歷完所有的點(diǎn)之后，找出點(diǎn)領(lǐng)域內(nèi)點(diǎn)最多的類別cl，則將點(diǎn)重新分類為類別cl，即

具體實(shí)施時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可自行預(yù)設(shè)幾何空間范圍的相應(yīng)閾值。

通過這樣的方法便能夠?qū)c(diǎn)云進(jìn)行分類，且有效利用彩色激光點(diǎn)云的空間信息和光譜信息。另外，光譜-空間方法也是一種同時(shí)利用兩者信息的特征提取方法，也能利用在彩色激光雷達(dá)點(diǎn)云的分類中。具體實(shí)施時(shí)，可以采用計(jì)算機(jī)軟件方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)三維掃描和分類。

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。