激光雷达与LIDAR .ppt

* LiDAR？？？ LiDAR出现的历史条件： 1839年 由Daguerre和Niepce拍摄第一张相片以来，利用相片制作相片平面图(X、Y)技术一直沿用至今。 1901年 荷兰人Fourcade发明了摄影测量的立体观测技术，使得从二维相片可以获取地面三维数据(X、Y、Z)成为可能。 1970年 由美国航天局研发，LIDAR测绘技术空载激光扫瞄技术开始了发展，并且速度飞快，约在1995年开始商业化。 LiDAR出现的历史条件： 自从摄影测量诞生一百多年以来，它一直是大面积获取地面三维数据最精确和最可靠的技术，并且是国家基本比例尺地形图测绘的重要技术。 但摄影测量技术主要存在着以下缺陷和不足： 1、自动化程度不是很高 2、在森林、沙漠或者沿海滩涂地区，影像的纹理及对比度比较弱，会严重影响影响匹配精度，甚至造成无法作业。 LiDAR出现的历史条件： 成本低（生产数据外业及后处理） 高精度（有效的绝对带宽很宽，能产生极窄的脉冲） 自动化程度高 受天气影响小 快速度 高密度 极坐标的原理直接获取DEM，因此纹理和对比度对机载激光雷达精度而言没有影响 单色性和相干性好。 低机载LIDAR地面三维数据获取方法具有以下优点： LiDAR 的定义 机载LiDAR(LightLaser Deteetion and Ranging)，又称机载雷达，是激光探测及测距系统的简称。 激光测距技术 计算机技术 POS系统（IMU /DGPS） L i DAR LiDAR的工作原理——POS系统： DGPS：机载LiDAR采用动态载波相位差分GPS系统。 手段：利用安装了电机上与LiDAR相连接的和设在一个或多个基准站的至少两台GPS信号接收机同步而连续地观测GPS卫星信号、同时记录瞬间激光和数码相机开启脉冲的时间标记，再进行载波相位测量差分定位技术的离线数据后处理。 目的：获取LiDAR的三维坐标。 LiDAR的工作原理——POS系统： IMU：惯性测量装置(RpIMU-Inertial Measurement Unit) 手段：IMU有姿态量测功能，具有完全自主、无信号传播、既能定位、测速，又可快速量测传感器瞬间的移动，输出姿态信息等优点，但主要缺点是误差随时间迅速积累增长。 目的：获取机载LiDAR的姿态信息，即滚动、俯仰和航偏角。 LiDAR的工作原理——POS系统： DGPS与IMU对比： DGPS系统：量测传感器的位置和速率，具有高精度，误差不随时间积累等优点，但其动态性能差(易失锁)、输出频率低，不能两侧瞬间快速的变化，没有姿态量测功能。 IMU系统：有姿态量测功能，具有完全自主、无信号传播、既能定位、测速，又可快速量测传感器瞬间的移动，输出姿态信息等优点，但主要缺点是误差随时间迅速积累增长。 因此，最优化的方法是对两个系统获得的信息进行综合，这样可得到高精度的位置、速率和姿态数据。 LiDAR的工作原理——激光扫描仪： 激光扫描仪是LiDAR的核心，一般由激光发射器、接收器、时间间隔测量装置、传动装置、计算机和软件组成。 LiDAR的工作原理——激光扫描仪： （三维）激光扫描仪基本工作原理是： 线激光器发出的光平面扫描物体表面，面阵CCD采集被测物面上激光扫描线的漫反射图像，在计算机中对激光扫描线图像进行处理，依据空间物点与CCD面阵像素的对应关系计算物体的景深信息，得到物体表面的三维坐标数据，快速建立原型样件的三维模型。 主要参数有： ①波长、②脉冲重复频率、③功率、④光斑尺寸：⑤扫描方式。 LiDAR的工作原理——数码相机： LiDAR直接获得点位三维坐标的功能提供了传统二维数据缺乏的高度信息，却忽略了对象特征的其它信息，如光谱信息。而图像数据包含光谱信息对认识物体也具有重要的作用。 因而，利用高分辨率的数码相机获取地面的地物地貌真彩或红外数字影像信息，以弥补LiDAR的不足，以达到对生成DEM产品的质量进行评价；或作为一种数据源，对目标进行分类识别；或作为纹理数据源。 LiDAR的工作原理——中心控制单元： 机载LiDAR由多个重要硬件组成，—个关键的技术就是如何实现三个重要设备的精确同步。中心控制单元一般都采用导航、定位和管理系统构成同步记录IMU的角速度和加速度的增量以及GPS的位置、激光扫描仪和数码相机的数据。 LiDAR的工作原理——数据处理： 由于LiDAB产生的数据量非常巨大，现有的测量软件