用于航空测量的混合LiDAR成像装置制造方法及图纸

用于航空测量的混合LiDAR成像装置。本发明专利技术涉及一种被配置用于航空测量的混合LiDAR成像装置10，其包括适于生成正射影像数据的相机布置11和LiDAR装置12，其中，总曝光区域由相机布置提供，其具有至少60mm的横向长度(25)，并且所述LiDAR装置具有轴向地沿地面观看标称LiDAR轴13的纵向长度15和基本上正交于所述标称LiDAR轴13的侧向长度16，其中，所述纵向长度15大于所述侧向长度16。

【技术实现步骤摘要】
用于航空测量的混合LiDAR成像装置
本专利技术涉及根据权利要求1所述的被配置用于航空(aerial)测量的混合LiDAR成像装置。
技术介绍
空中测量(即，基于卫星的测量和借助于由飞机、直升机、UAV或气球承载的专用测量装置进行的基于航空的测量)可以提供关于从地面不可见的许多事物的信息，其中，与卫星图像技术相比，航空测量通常具有更好的分辨率、质量、以及大气条件。航空摄影被用于许多不同的应用领域，例如，制图，特别是在摄影测量、土地测量、导航系统、城市规划和建筑、考古学、地理设计、应急管理、游戏或增强现实应用、智能交通系统、物业管理、监测植被和地面覆盖等。垂直照片通常被用于创建正射影像或者称为正射影像图。正射影像是经几何校正(“正射校正”)的航空照片或图像，使得比例均匀，即，照片与地图一样没有失真。因此，举例来说，与未校正航空照片不同，正射影像可以被用于测量真实距离，因为它是地球表面的精确表示，例如，已针对地形起伏、镜头失真、以及相机倾斜进行了调整。换句话说，正射影像是几何上被“校正”的照片或图像，以表示从无限远距离一直往下看到最低点拍摄的照片或图像。具体来说，去除了视角并考虑了地形的变化，其中，通常根据图像的特定部分所需的视角和地形校正，将多个几何变换应用于该图像。举例来说，正射影像通常在地理信息系统(GIS)中用作“地图准确的”背景图像，例如，用于创建图像与已知真实世界坐标对齐或“配准”的地图。经正射矫正的图像与“橡胶片状”矫正不同，因为后者可以准确地定位每个图像上的多个点，但是“拉伸”其间的区域，使得标尺跨图像可能不均匀。典型地讲，将数字高程模型(DEM)用作投影基础来创建准确正射影像，其中，校正了由于相机/传感器与地面上的不同点之间的变化距离而导致的图像失真。将正射影像和/或卫星图像叠加到数字高程模型上可以进一步用于模拟3D景观。典型地讲，这样的数字3D表面模型以各种细节水平(LOD)和抽象以及多种分辨率生成。高分辨率纹理和GIS就绪(GIS：地理信息系统)3D模型通常从立体图像和/或立体视图生成。在第一步骤中，基于以图像为基础的点匹配，利用半全局匹配算法(SGM)或类似技术生成点云。使用专业软件从这些点云中提取3D模型，例如，基于附加输入，诸如建筑物足迹或来自多光谱相机的数据。例如，具有多光谱能力的LeicaADS100允许生成归一化差异植被指数图像(NDVI图像)以消除植被，从而提高点云内物体的识别率，例如，通过几何或语义分类。通过从点云创建网格，也可以实现景观和城市区域的3D表示，该点云通过LiDAR扫描和/或通过利用SGM或类似技术从立体图像提取而生成。即使对于非常密集的重叠(密集匹配)，由成像生成的点云也通常显示出有效点提取不够好的问题区域。例如，对于具有低照明条件的遮挡处和峡谷、对于展现增加噪声的阴影区域、对于非常不均匀的区域(诸如植被)、以及对于非常均匀的表面(诸如水)而言，情况就是如此。这降低了准确度，并且例如可能导致错误的自动特征提取和/或错误的自动特征建模。具体来说，可能会出现诸如边缘融化、彩色边缘、和/或错误地面高度建模的问题。来自LiDAR数据的点云通常没有这样的问题，因为LiDAR扫描较少依赖于照明或阴影效果。然而，由LiDAR数据生成的点云通常具有较低点密度，并且网格具有更少的细节，这就是为什么对于高分辨率建模，通常的做法是因为图像数据提供更好的分辨率并因此提供更多细节，网格更可能基于最低点和/或倾斜成像。然而，与摄影测量相比，LiDAR扫描的一个优点是能够滤除来自点云模型的植被反射，以创建隐藏地表面(例如，被树木遮住)的数字表面模型。因此，LiDAR数据通常被用于生成基准模型，尤其是数字高程模型和/或数字表面模型，以支持和改善基于立体成像的3D建模准确度。而且，基于LiDAR的工作流比利用计算密集型SGM或类似技术生成点云相对更有效。因此，可以使用LiDAR和基于成像的点云生成的组合来产生效率与某些质量标准之间的折衷。例如，可以仅针对关键区域(例如，用于经典成像的照明条件不利并因此具有低信噪比(S/N))、具有遮挡的区域、具有特定表面纹理的区域(诸如非常均匀的区域(例如，水))、以及具有植被的区域来查阅LiDAR数据。另一方面，为了提高工作流程效率，用LiDAR数据替换尽可能多的成像数据可能是有利的，以使点云生成主要基于LiDAR。用于正射摄影的成像装置和LiDAR装置通常具有完全不同的系统要求，例如，在光机械设计和封装以及数据处理方面。因此，成像数据和LiDAR数据通常通过利用专门成像和LiDAR装置的单独测量处理来获取，其中，基于成像和LiDAR数据的数据和/或模型包括位置基准信息，例如，基于GNSS接收器和IMU系统，其被配置成将该数据和/或模型与世界大地系统链接。然后在稍后组合该数据和/或模型，例如，其中地理参照数据和/或模型被存储在中央数据库中。然而，地形属性可能会随时间而变化，例如，取决于自然和/或人为处理，因此单独获取的成像数据和LiDAR数据对于组合来说可能不再兼容，可能需要额外测量飞行，以针对成像和LiDAR数据中的一个或两个来更新该数据库。在最坏情况下，在获取成像的时间与LiDAR数据之间的地形变化未被注意到，例如，使用过时的数字高程模型来支持正射影像生成。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种克服上述限制的用于生成适于正射影像生成的数据的改进航空测量装置。该目的通过实现独立权利要求的特征来实现。按另选或有利方式进一步开发本专利技术的特征在相关专利权利要求中描述。本专利技术涉及一种被配置用于对飞越地形进行航空测量的混合LiDAR成像装置，该混合LiDAR成像装置包括：特别是最低点观看的相机布置，该相机布置被配置用于获取适于生成正射影像数据的相机数据。总曝光区域由所述相机布置提供，所述总曝光区域具有横向长度，该横向长度被定义为沿一方向的长度，该方向在所述混合LiDAR成像装置被安装至航空装置时被预见为与向前飞行方向交叉的方向，所述方向在下面被称作横向，并且所述横向长度至少为60mm。根据本专利技术，所述混合LiDAR成像装置还包括被配置用于生成LiDAR数据的LiDAR布置，所述LiDAR布置至少包括第一LiDAR装置，其中，所述第一LiDAR装置具有第一纵向长度和第一侧向长度，该第一纵向长度被定义为轴向地沿地面观看标称第一LiDAR轴的长度，而该第一侧向长度被定义为基本上正交于所述标称第一LiDAR轴的长度，其中，所述第一纵向长度大于所述第一侧向长度。所述LiDAR布置被配置成具有沿横向的LiDAR扫描视场，该扫描视场基本上覆盖所述相机布置沿所述横向的成像视场。所述相机布置和所述LiDAR布置被安装至公共壳体，所述公共壳体被具体预见为安装至航空装置，其中，所述混合LiDAR成像装置被配置成一次性生成所述相机数据和所述LiDAR数据，即，在同一测量处理期间但不必须完全时间同步，并且基于定位系统的定位信息生成同样针对所述相机数据和所述LiDAR数据的定位基准信息。由此，根据本专利技术，通过与地形和表面演变无关地瞬时组合成像和LiDAR扫描这两个世界的最好部分(通过正射摄影成像或立体成像获得高分辨率信息，并通过LiDAR扫描获得照明独立信息)，特别是关于对象本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合LiDAR成像装置(10)，所述混合LiDAR成像装置被配置用于对飞越地形进行航空测量，所述混合LiDAR成像装置包括：相机布置(11)，特别是最低点观看相机布置(11)，所述相机布置被配置用于获取适于生成正射影像数据的相机数据，其中·总曝光区域由所述相机布置提供，·所述总曝光区域具有横向长度(25)，所述横向长度被定义为沿着在所述混合LiDAR成像装置(10)被安装至航空装置(1)时被预见为与向前飞行方向交叉的方向的长度，所述方向在下面被称作横向(4)，并且·所述横向长度(25)至少为60mm，其特征在于·所述混合LiDAR成像装置(10)包括用于生成LiDAR数据的LiDAR布置，所述LiDAR布置至少包括第一LiDAR装置(12)，·所述第一LiDAR装置(12)具有第一纵向长度(15)和第一侧向长度(16)，所述第一纵向长度被定义为轴向地沿着地面观看标称第一LiDAR轴(13)的长度，所述第一侧向长度被定义为基本上正交于所述标称第一LiDAR轴(13)的长度，其中，所述第一纵向长度(15)大于所述第一侧向长度(16)，·所述LiDAR布置被配置成具有沿着横向(4)的LiDAR扫描视场，所述扫描视场基本上覆盖所述相机布置(11)沿着所述横向(4)的成像视场(22)，特别是其中，所述LiDAR布置适于圆形LiDAR扫描，并且·所述相机布置(11)和所述LiDAR布置(12)被安装至公共壳体(14)，所述公共壳体(14)被具体预见为安装至所述航空装置(1)，其中·所述混合LiDAR成像装置(10)被配置成ο一次性生成所述相机数据和所述LiDAR数据，并且ο基于定位系统的定位信息，生成同样针对所述相机数据和所述LiDAR数据的定位基准信息。...

【技术特征摘要】
2017.09.22 EP 17192755.11.一种混合LiDAR成像装置(10)，所述混合LiDAR成像装置被配置用于对飞越地形进行航空测量，所述混合LiDAR成像装置包括：相机布置(11)，特别是最低点观看相机布置(11)，所述相机布置被配置用于获取适于生成正射影像数据的相机数据，其中·总曝光区域由所述相机布置提供，·所述总曝光区域具有横向长度(25)，所述横向长度被定义为沿着在所述混合LiDAR成像装置(10)被安装至航空装置(1)时被预见为与向前飞行方向交叉的方向的长度，所述方向在下面被称作横向(4)，并且·所述横向长度(25)至少为60mm，其特征在于·所述混合LiDAR成像装置(10)包括用于生成LiDAR数据的LiDAR布置，所述LiDAR布置至少包括第一LiDAR装置(12)，·所述第一LiDAR装置(12)具有第一纵向长度(15)和第一侧向长度(16)，所述第一纵向长度被定义为轴向地沿着地面观看标称第一LiDAR轴(13)的长度，所述第一侧向长度被定义为基本上正交于所述标称第一LiDAR轴(13)的长度，其中，所述第一纵向长度(15)大于所述第一侧向长度(16)，·所述LiDAR布置被配置成具有沿着横向(4)的LiDAR扫描视场，所述扫描视场基本上覆盖所述相机布置(11)沿着所述横向(4)的成像视场(22)，特别是其中，所述LiDAR布置适于圆形LiDAR扫描，并且·所述相机布置(11)和所述LiDAR布置(12)被安装至公共壳体(14)，所述公共壳体(14)被具体预见为安装至所述航空装置(1)，其中·所述混合LiDAR成像装置(10)被配置成ο一次性生成所述相机数据和所述LiDAR数据，并且ο基于定位系统的定位信息，生成同样针对所述相机数据和所述LiDAR数据的定位基准信息。2.根据权利要求1所述的混合LiDAR成像装置(10)，其特征在于所述相机布置(11)包括线相机布置，所述线相机布置具有关于俯仰轴以相互不同观看方向设置的至少两个有效传感器行(26A-C)，特别是关于所述俯仰轴以相互不同观看方向设置的至多五个有效传感器行(26A-C)，更特别地关于所述俯仰轴以相互不同观看方向设置的恰好两个或三个有效传感器行(26A-C)。3.根据前述权利要求中的任一项所述的混合LiDAR成像装置(10)，其特征在于所述第一LiDAR装置(12)被配置成生成LiDAR光束(8)并且包括楔形棱镜布置(24)，所述楔形棱镜布置(24)被配置成基于所述楔形棱镜布置(24)中的至少一个楔形棱镜围绕所述第一标称LiDAR轴(13)的旋转，根据所定义扫描图案将所述LiDAR光束(8)引导至地面，特别是其中，所述第一楔形棱镜是Risley棱镜的一部分。4.根据前述权利要求中的任一项所述的混合LiDAR成像装置(10)，其特征在于所述第一LiDAR装置(12)被配置成所述第一侧向长度(16)除以所述第一纵向长度(15)的比率小于0.5。5.根据前述权利要求中的任一项所述的混合LiDAR成像装置(10)，其特征在于·所述LiDAR布置包括第二LiDAR装置(12)，·所述第二LiDAR装置(12)具有第二纵向长度(15)和第二侧向长度(16)，所述第二纵向长度被定义为轴向地沿着地面观看标称第二LiDAR轴(13)的长度，所述第二侧向长度被定义为基本上正交于所述标称第二LiDAR轴(13)的长度，其中，所述第二纵向长度(15)大于所述第二侧向长度(16)，并且·所述LiD...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·斯坦曼，W·基尔霍夫，
申请(专利权)人：莱卡地球系统公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH