一种激光雷达测距相机的制作方法

本发明涉及道路地形测量技术领域，具体为一种激光雷达测距相机。

背景技术：

倾斜摄影测量由航空摄影测量发展而来。无人机同有人飞机相比，无人机具有体积小、重量轻、携带方便的优点。同时无人机可以低空飞行也不需要申请空域，使用成本低。可以进行1：500、1：1000、1：2000等大比例尺三维地形测量建模的数据采集工作。

随着数码相机及数字成图技术的发展产生了倾斜摄影测量，倾斜摄影测量在飞行器上同时安装多个摄像机同时对地面进行摄像，大大增加了相片数量与相片重叠度，提高了工作效率。

道路工程中路基横断面测量一直是道路测量工作量最大的任务，在路基施工之前，设计院提拱的测量控制点交给施工单位，施工单位首先进行控制点的加密与联测，再进行路基的横断面测量与路基土石方量的计算以复核图纸工程量。以前路基横断面测量采用水准仪与钢尺量距法，这种方法在高差大的地区需要转点，速度慢工作效率低。全站仪三角高程与坐标测量及rtk高程拟合方法提高了工作效率，但这种方法都是点测量方法，无法进行面测。这些方法的共同点是外业工作量太大。而航测技术大大减小了地形测量的外业工作量，可以进行面测量，但精度不高，高程精度比平面精度还低。三维激光扫描仪出现后，面测量的精度得以提高。这种设备是利用激光扫描测距，每秒可测量并记录几十万个点云数据生成地表面的三维立体图形。同时集成了激光扫描测距、gps、imu(惯性测量单元)、ccd数码相机的车载三维测图系统进入市场，可以进行移动式三维激光扫描测量。

大比例尺三维地形测量中，无人机载三维激光扫描仪和无人机载激光雷达也在地形测量惭惭推广，相比摄影测量，激光扫描或激光雷达精度较高。普通激光雷达采用激光脉冲测时间差乘以光速测量距离，或者采用连续正弦波测相位差计算距离，采用机械转动激光发射头进行扫描测量，就是内部需要马达旋转，但马达的振动对测距有影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种激光雷达测距相机，实现激光雷达测距相机头的360度转动，便于无人机装载进行三维地形测量；同时，解决了马达工作时产生的振动，提高激光雷达测距相机头在转动扫描测量地形时的精度，因而可适用于无人机作低空飞行进行地表地形地物的测量，可以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种激光雷达测距相机，包括相机底座和激光雷达测距相机头，所述相机底座的上端设置激光雷达测距相机头，相机底座与激光雷达测距相机头之间通过机械转动机构连接，机械转动机构由马达、转盘、齿轮和固定座组成，马达安装于相机底座内，并且马达的输出轴伸出相机底座外，转盘设于相机底座上，转盘的中部开设轴孔，转盘内开设圆槽，轴孔与圆槽相连通，齿轮嵌合安装于圆槽内，马达的输入轴插入轴孔延伸至圆槽内，并与齿轮连接，固定座安装于转盘的四端；

所述相机底座内还设置减震机构，减震机构由定板、动板、侧杆、弧状弹片和弹簧组成，定板安装于马达的四端，定板的两端开设滑槽，滑槽内的一端安装滑块，动板位于定板与马达之间，侧杆设于动板的两端，侧杆的一端通过转轴与动板活动连接，侧杆的另一端延伸至定板上，并插入滑槽内与滑块连接，弧状弹片安装于动板上，弧状弹片的弧面与马达接触连接，弹簧嵌合安装于滑槽内的另一端，并且弹簧的一端与滑块接触连接。

优选的，所述圆槽的内侧壁上均匀排列有齿槽，齿槽的齿面与齿轮的齿面相啮合。

优选的，所述激光雷达测距相机头的底部直径与固定座构成的圆形轮廓内径相匹配，激光雷达测距相机头的底部嵌入固定座构成的圆形轮廓内，并通过螺丝固定。

优选的，所述激光雷达测距相机头包括激光发射器和接收相机。

优选的，所述接收相机共有四个，分别设置在激光发射器的四端，并且接收相机的感光单元采用雪崩光敏二极管组件阵列。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本激光雷达测距相机，相机底座与激光雷达测距相机头之间通过机械转动机构连接方式，实现激光雷达测距相机头的360度转动，便于无人机装载进行三维地形测量；同时，基于相机底座内设置的减震机构，从而减小乃至抵消马达工作时产生的振动，以提高激光雷达测距相机头在转动扫描测量地形时的精度。

2、本激光雷达测距相机，减震机构减小乃至抵消马达工作时产生的振动的具体过程为：当马达振动而触碰到弧状弹片时，如若振动小，基于弧状弹片本身的弹性缓冲作用，便可达到减小乃至抵消马达振动的作用，如若振动大，作用于弧状弹片上的振动力会传递到动板，进而推移动板向定板运动，而在此过程中，侧杆会随动板的运动而带动滑块在滑槽内滑动，进而顶触在弹簧，利用两个弹簧的形变来逐渐抵消力的作用，从而实现减小乃至抵消马达工作时产生的振动力，为激光雷达测距相机头在转动扫描测量地形时提供平稳的工作环境。

3、本激光雷达测距相机，感光元件不再是ccd或cmos只能接收光强信息，利用dtof激光雷达原理测距，采用雪崩二极管或光电管、光电倍增管代替ccd或cmos感光器件。所有的雪崩二极管点接收距离信息代替光强信息，利用无人机的空间坐标和姿态计算信息点的三维坐标，可直接生成三维地面模型。

附图说明

图1为本发明的整体结构图；

图2为本发明的机械转动机构结构装配图；

图3为本发明的减震机构结构装配图；

图4为本发明的激光雷达测距相机头布置图。

图中：1、相机底座；2、激光雷达测距相机头；21、激光发射器；22、接收相机；3、机械转动机构；31、马达；32、转盘；321、轴孔；322、圆槽；323、齿槽；33、齿轮；34、固定座；4、减震机构；41、定板；411、滑槽；412、滑块；42、动板；43、侧杆；44、弧状弹片；45、弹簧。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，一种激光雷达测距相机，包括相机底座1和激光雷达测距相机头2，相机底座1的上端设置激光雷达测距相机头2，相机底座1与激光雷达测距相机头2之间通过机械转动机构3连接，机械转动机构3由马达31、转盘32、齿轮33和固定座34组成，马达31安装于相机底座1内，并且马达31的输出轴伸出相机底座1外，转盘32设于相机底座1上，转盘32的中部开设轴孔321，转盘32内开设圆槽322，轴孔321与圆槽322相连通，齿轮33嵌合安装于圆槽322内，圆槽322的内侧壁上均匀排列有齿槽323，并且齿槽323的齿面与齿轮33的齿面相啮合，马达31的输入轴插入轴孔321延伸至圆槽322内，并与齿轮33连接，固定座34安装于转盘32的四端；激光雷达测距相机头2的底部直径与固定座34构成的圆形轮廓内径相匹配，激光雷达测距相机头2的底部嵌入固定座34构成的圆形轮廓内，并通过螺丝固定。

上述中，通过马达31带动齿轮33转动，从而带动转盘32转动，经由转盘32的转动带动激光雷达测距相机头2转动，从而实现在360度内的大比例扫描测量地形。

相机底座1内还设置减震机构4，减震机构4由定板41、动板42、侧杆43、弧状弹片44和弹簧45组成，定板41安装于马达31的四端，定板41的两端开设滑槽411，滑槽411内的一端安装滑块412，动板42位于定板41与马达31之间，侧杆43设于动板42的两端，侧杆43的一端通过转轴与动板42活动连接，侧杆43的另一端延伸至定板41上，并插入滑槽411内与滑块412连接，弧状弹片44安装于动板42上，弧状弹片44的弧面与马达31接触连接，弹簧45嵌合安装于滑槽411内的另一端，并且弹簧45的一端与滑块412接触连接。

上述中，当马达31振动而触碰到弧状弹片44时，基于弧状弹片44本身的弹性缓冲作用，达到初步减小马达31振动的作用，进一步，振动力会传递到动板42上，进而推移动板42向定板41运动，在此过程中，侧杆43会随动板42的运动而带动滑块412在滑槽411内滑动，进而顶触在弹簧45上，利用弹簧45的形变来逐渐抵消力的二次作用，从而实现减小乃至抵消马达31工作时产生的振动力。

激光雷达测距相机头2包括激光发射器21和接收相机22，接收相机22共有四个，分别设置在激光发射器21的四端，并且接收相机22的感光单元采用雪崩光敏二极管组件阵列。

上述中，每个雪崩光敏二极管组件阵列自带开关电路和累加计数存贮单元，同时带有保护电路可防止二级管击穿，而激光发射器21前有透镜组将发射激光束点信号发散开，以利于相机收到地表面散射光信号。

通过激光发射器21发射激光脉冲同时发射信号到各个雪崩二极管阵列组件，打开时钟记数器接接时钟脉冲信号并记数；雪崩光敏二极管一旦收到返回的激光信号立即关闭时钟信号停止记数，并将记数的结果写输入存贮单元中。无人机内部数据处理单元高速读出各个相机雪崩二极管组件的时间信息再利用空气中的光速加上温度和气压修正后计算地表细部点的距离，并利用相机的内外方位元素计算地表细部点的三维坐标生成地表数据模型。

由于接收相机22的感光单元采用雪崩光敏二极管组件阵列，也可以由集成微型光电管代替，为了提高接收激光反射信号强度，可以由集成微型光电倍增管替换，故通过光电倍增管可接收微弱的返回光信号，可用于有人飞机高空对地面进行地表面模型摄影测量；而光电倍增管代替雪崩光敏二极管的功耗更大，故不再采用玻璃泡，相机内部抽真空并密封，内镜头不可换。

本激光雷达测距相机，相机底座1与激光雷达测距相机头2之间通过机械转动机构3连接方式，实现激光雷达测距相机头2的360度转动，便于无人机装载进行三维地形测量；同时，基于相机底座1内设置的减震机构4，从而减小乃至抵消马达31工作时产生的振动，以提高激光雷达测距相机头2在转动扫描测量地形时的精度。

本激光雷达测距相机，减震机构4减小乃至抵消马达31工作时产生的振动的具体过程为：当马达31振动而触碰到弧状弹片44时，如若振动小，基于弧状弹片44本身的弹性缓冲作用，便可达到减小乃至抵消马达31振动的作用，如若振动大，作用于弧状弹片44上的振动力会传递到动板42，进而推移动板42向定板41运动，而在此过程中，侧杆43会随动板42的运动而带动滑块412在滑槽411内滑动，进而顶触在弹簧45上，利用两个弹簧45的形变来逐渐抵消力的作用，从而实现减小乃至抵消马达31工作时产生的振动力，为激光雷达测距相机头2在转动扫描测量地形时提供平稳的工作环境。

本激光雷达测距相机，感光元件不再是ccd或cmos只能接收光强信息，利用dtof激光雷达原理测距，采用雪崩二极管或光电管、光电倍增管代替ccd或cmos感光器件。所有的雪崩二极管点接收距离信息代替光强信息，利用无人机的空间坐标和姿态计算信息点的三维坐标，可直接生成三维地面模型。

综上所述：本激光雷达测距相机，实现激光雷达测距相机头2的360度转动，便于无人机装载进行三维地形测量；同时，解决了马达31工作时产生的振动，提高激光雷达测距相机头2在转动扫描测量地形时的精度，因而可适用于无人机作低空飞行进行地表地形地物的测量，有效解决现有技术问题。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。