CN108287337B - 一种激光雷达设备、系统、存储介质及数据实时处理方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种激光雷达设备、系统、存储介质及数据实时处理方法，该方法包括：通过自动调用并执行数据实时采集程序、数据流实时提取及解析程序、激光脚点坐标实时计算程序、精确外方位元素实时确定程序、点云实时赋色程序以及数据实时下发程序，可以实现实时采集数据流、实时提取和解析数据流、实时计算激光脚点坐标、实时确定影像的精确外方位元素、实时对点云进行赋色处理以及实时下发数据，并在显示终端上实时显示、测量和存储操作，由此可以大幅缩短彩色点云数据获取过程所需的时间，从而提升了彩色点云数据获取过程的时效性。
Description
技术领域
本发明涉及激光雷达技术领域，特别涉及一种激光雷达设备、系统、存储介质及数据实时处理方法。
背景技术
在现有的激光雷达技术中，数据获取和数据处理是相互隔离的，通常是由飞行平台搭载激光雷达设备在飞行过程中采集原始数据，等到飞行结束后，从激光雷达设备中将原始数据拷贝到地面的用户终端，以利用地面的用户终端对上述获取到的原始数据进行数据处理，从而得到相应的点云数据。显然，上述点云数据的获取过程需要消耗大量的时间，数据成果的获取工期较长，效率慢，并且具有时效性差、采集到的数据准确性较差等缺点，无法及时地反应测区状况，无法及时地实现应急响应等应用需求。
综上所述可以看出，如何缩短点云数据获取过程所消耗的时间，提升点云数据获取过程的时效性是目前亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种激光雷达设备、系统、存储介质及数据实时处理方法，能够有效缩短点云数据获取过程所消耗的时间，提升了点云数据获取过程的时效性。其具体方案如下：
第一方面，本发明公开了一种激光雷达设备移动过程中的数据实时处理方法，包括：
自动调用并执行数据实时采集程序，以分别通过相机、POS系统和激光扫描仪实时采集相应的数据流，得到相应的影像数据流、POS数据流和激光数据流；
自动调用并执行数据流实时提取及解析程序，以对所述影像数据流、所述POS数据流和所述激光数据流均分别进行实时的数据提取和解析处理，得到相应的待处理影像数据、待处理航迹数据和待处理激光数据；
自动调用并执行激光脚点坐标实时计算程序，以利用所述待处理航迹数据和所述待处理激光数据实时计算出每个激光脚点的坐标，得到相应的激光点云数据；
自动调用并执行精确外方位元素实时确定程序，以对所述待处理航迹数据和所述待处理影像数据进行实时处理，得到相应影像的精确外方位元素；
自动调用并执行点云实时赋色程序，以将所述激光点云数据中的每个激光脚点分别实时反投影至已获取所述精确外方位元素的影像平面的相应位置上，并将所述影像平面的相应位置上的色彩信息实时赋给相应的激光脚点，得到相应的彩色点云数据；
自动调用并执行数据实时下发程序，以将所述彩色点云数据实时下发至预设的显示终端进行实时显示、测量和存储。
可选的，所述利用所述待处理航迹数据和所述待处理激光数据实时计算出每个激光脚点的坐标，得到相应的激光点云数据的步骤，包括：
从所述待处理航迹数据中确定出与激光脚点的发射时刻对应的位置信息和姿态信息，得到第一位置姿态信息；
根据所述第一位置姿态，并利用第一旋转矩阵，将每个激光脚点的坐标从所述激光扫描仪的自身坐标系转换到地理坐标系，然后再从地理坐标系转换到笛卡尔坐标系，得到相应的激光点云数据；
其中，所述激光点云数据的格式为标准LAS格式，所述第一旋转矩阵中包含所述激光扫描仪的自身坐标系与导航坐标系之间的旋转角和所述激光扫描仪的坐标原点与IMU的坐标原点之间的偏移量，该旋转角中包含激光检校角度值。
可选的，所述对所述待处理航迹数据和所述待处理影像数据进行实时处理的步骤，包括：
对所述待处理影像数据进行畸变校正处理，得到校正后影像数据；
从所述待处理航迹数据中确定出与影像曝光时刻对应的位置信息和姿态信息，得到第二位置姿态信息；
根据所述第二位置姿态，并利用第二旋转矩阵，得到所述校正后影像数据在笛卡尔坐标系下的精确外方位元素；
其中，所述第二旋转矩阵中包含所述相机的自身坐标系与导航坐标系之间的旋转角和所述相机的坐标原点与IMU的坐标原点之间的偏移量，该旋转角中包含影像检校角度值。
可选的，所述数据实时处理方法，还包括：
自动调用并执行数据实时保存程序，以将所述影像数据流、所述POS数据流、所述激光数据流、所述彩色点云数据以及相应的设备运行状况数据实时保存至所述激光雷达设备的本地存储器中。
可选的，所述将所述激光点云数据中的每个激光脚点分别实时反投影至已获取所述精确外方位元素的影像平面的相应位置上，并将所述影像平面的相应位置上的色彩信息实时赋给相应的激光脚点，得到相应的彩色点云数据的步骤，包括：
利用共线方程，将所述激光点云数据中的每个激光脚点分别实时反投影至已获取所述精确外方位元素的影像平面的相应位置上，并将所述影像平面的相应位置上的色彩信息实时赋给相应的激光脚点，得到相应的彩色点云数据。
第二方面，本发明公开了一种激光雷达设备移动过程中的数据实时处理系统，包括：
数据实时采集模块，用于自动调用并执行数据实时采集程序，以分别通过相机、POS系统和激光扫描仪实时采集相应的数据流，得到相应的影像数据流、POS数据流和激光数据流；
数据流实时提取及解析模块，用于自动调用并执行数据流实时提取及解析程序，以对所述影像数据流、所述POS数据流和所述激光数据流均分别进行实时的数据提取和解析处理，得到相应的待处理影像数据、待处理航迹数据和待处理激光数据；
激光脚点坐标实时计算模块，用于自动调用并执行激光脚点坐标实时计算程序，以利用所述待处理航迹数据和所述待处理激光数据实时计算出每个激光脚点的坐标，得到相应的激光点云数据；
影像数据实时处理模块，用于自动调用并执行精确外方位元素实时确定程序，以对所述待处理航迹数据和所述待处理影像数据进行实时处理，得到相应影像的精确外方位元素；
点云实时赋色模块，用于自动调用并执行点云实时赋色程序，以将所述激光点云数据中的每个激光脚点分别实时反投影至已获取所述精确外方位元素的影像平面的相应位置上，并将所述影像平面的相应位置上的色彩信息实时赋给相应的激光脚点，得到相应的彩色点云数据；
数据实时下发模块，用于自动调用并执行数据实时下发程序，以将所述彩色点云数据实时下发至预设的显示终端进行实时显示、测量和存储。
可选的，所述激光脚点坐标实时计算模块，包括：
第一位置姿态确定单元，用于从所述待处理航迹数据中确定出与激光脚点的发射时刻对应的位置信息和姿态信息，得到第一位置姿态信息；
点云数据确定单元，用于根据所述第一位置姿态，并利用第一旋转矩阵，将每个激光脚点的坐标从所述激光扫描仪的自身坐标系转换到地理坐标系，然后再从地理坐标系转换到笛卡尔坐标系，得到相应的激光点云数据；
其中，所述激光点云数据的格式为标准LAS格式，所述第一旋转矩阵中包含所述激光扫描仪的自身坐标系与导航坐标系之间的旋转角和所述激光扫描仪的坐标原点与IMU的坐标原点之间的偏移量，该旋转角中包含激光检校角度值。
可选的，所述影像数据实时处理模块，包括：
影像校正单元，用于对所述待处理影像数据进行畸变校正处理，得到校正后影像数据；
第二位置姿态确定单元，用于从所述待处理航迹数据中确定出与影像曝光时刻对应的位置信息和姿态信息，得到第二位置姿态信息；
精确外方位元素确定单元，用于根据所述第二位置姿态，并利用第二旋转矩阵，得到所述校正后影像数据在笛卡尔坐标系下的精确外方位元素；
其中，所述第二旋转矩阵中包含所述相机的自身坐标系与导航坐标系之间的旋转角和所述相机的坐标原点与IMU的坐标原点之间的偏移量，该旋转角中包含影像检校角度值。
可选的，所述数据实时处理系统，还包括：
数据流实时保存模块，用于自动调用并执行数据实时保存程序，以将所述影像数据流、所述POS数据流、所述激光数据流、所述彩色点云数据以及相应的设备运行状况数据实时保存至所述激光雷达设备的本地存储器中。
可选的，所述点云实时赋色模块，具体用于利用共线方程，将所述激光点云数据中的每个激光脚点分别实时反投影至已获取所述精确外方位元素的影像平面的相应位置上，并将所述影像平面的相应位置上的色彩信息实时赋给相应的激光脚点，得到相应的彩色点云数据。
第三方面，本发明公开了一种激光雷达设备，包括相机、POS系统、激光扫描仪、程序存储器和处理器；其中，
所述程序存储器，用于存储数据实时采集程序、数据流实时提取及解析程序、激光脚点坐标实时计算程序、精确外方位元素实时确定程序、点云实时赋色程序、数据实时下发程序、精确外方位元素实时确定程序以及数据实时处理程序；
所述处理器，用于通过执行所述数据实时处理程序，分别自动调用并执行所述数据实时采集程序、数据流实时提取及解析程序、激光脚点坐标实时计算程序、精确外方位元素实时确定程序、点云实时赋色程序、数据实时下发程序和精确外方位元素实时确定程序，以完成前述公开的数据实时处理方法。
第四方面，本发明公开了一种激光雷达系统，包括前述公开的激光雷达设备以及相应的显示终端。
第五方面，本发明公开了一种计算机可读存储介质，用于存储数据实时采集程序、数据流实时提取及解析程序、激光脚点坐标实时计算程序、精确外方位元素实时确定程序、点云实时赋色程序、数据实时下发程序、精确外方位元素实时确定程序以及数据实时处理程序；
其中，所述数据实时处理程序被处理器执行时，会分别自动调用并执行所述数据实时采集程序、数据流实时提取及解析程序、激光脚点坐标实时计算程序、精确外方位元素实时确定程序、点云实时赋色程序、数据实时下发程序和精确外方位元素实时确定程序，以完成前述公开的数据实时处理方法。
可见，本发明公开了一种在激光雷达设备处于移动过程中的数据实时处理方法，在该方法中，通过自动调用并执行数据实时采集程序、数据流实时提取及解析程序、激光脚点坐标实时计算程序、精确外方位元素实时确定程序、点云实时赋色程序以及数据实时下发程序，可以实现实时采集数据流、实时提取和解析数据流、实时计算激光脚点坐标、实时确定影像的精确外方位元素、实时对点云进行赋色处理以及实时下发数据，并在显示终端上实时显示、测量和存储操作，由此可以大幅缩短彩色点云数据获取过程所需的时间，从而提升了彩色点云数据获取过程的时效性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明公开的一种激光雷达设备移动过程中的数据实时处理方法流程图；
图2为本发明公开的一种激光雷达设备工作流程示意图；
图3为本发明公开的一种激光雷达设备移动过程中的数据实时处理方法子流程图；
图4为本发明公开的一种激光雷达设备移动过程中的数据实时处理方法子流程图；
图5为本发明公开的一种激光雷达设备移动过程中的数据实时处理系统结构示意图；
图6为本发明公开的一种激光雷达设备移动过程中的数据实时处理设备结构示意图。
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。
本发明实施例公开了一种激光雷达设备移动过程中的数据实时处理方法，参见图1所示，该方法包括：
步骤S11：自动调用并执行数据实时采集程序，以分别通过相机、POS系统和激光扫描仪实时采集相应的数据流，得到相应的影像数据流、POS数据流和激光数据流。
需要指出的是，本实施例中的激光雷达设备是集成在移动平台上的，其中，所述移动平台具体可以是无人机、热气球、飞艇等飞行平台，也可以是自行车、汽车、坦克、地面机器人等车载平台，当然，除了飞行平台和车载平台之外，本实施例中的所述移动平台也可以是战舰、潜水艇、轮船等船载平台。
本实施例中，激光雷达设备内集成了POS(即Positioning and OrientationSystem，定位定姿系统)系统、激光扫描仪和相机。其中，POS系统、激光扫描仪和相机三者之间的相对位置是固定的，在无人机、车辆等移动平台移动的过程中，上述POS系统、激光扫描仪和相机之间的相对位置是保持稳定的，这样有利于减少移动平台在移动过程中由于上述三者之间相对位置的动态变化所引起的误差，从而提升了采集到的各种数据的精确度。
为了进一步提升POS系统、激光扫描仪和相机三者之间的相对位置的稳定性，本实施例可以在上述激光雷达设备和移动平台之间加入减震部件，以进一步降低移动平台在移动过程中或发生碰撞时POS系统、激光扫描仪和相机三者之间的振动幅度。
进一步的，本实施例中的POS系统，还可以设有用于接收GNSS(即GlobalNavigation Satellite System)基站发送的RTK(即Real-time kinematic)数据的数据接收装置。
可以理解的是，当POS系统获取到RTK数据时，可以利用RTK数据对待输出的POS数据流进行实时差分处理，从而提升POS系统输出的POS数据流的精度。
当然，在没有GNSS基站的情况下，POS系统也可以利用广播星历或CORS(即Continuously Operating Reference Stations)数据等对待输出的POS数据流进行处理。
可以理解的是，本实施例的激光雷达设备中还设有时钟同步电路，在该时钟同步电路的控制下，可以确保相机、POS系统和激光扫描仪所进行的数据流采集过程是一种同步数据采集过程，由此可以提高后期数据处理精度。参见图2所示，POS系统通过获取到的RTK数据输出高精度的POS数据流，同时相机采集影像数据流时向POS系统输出相应的曝光瞬间脉冲，POS系统根据相机输出的曝光瞬间脉冲确定相机曝光的精确时刻，POS系统向激光扫描仪发送PPS(Pulse Per Second，秒脉冲)和时间信息实现扫描仪时间同步，从而确保POS系统、相机和激光扫描仪之间的数据采集同步。
步骤S12：自动调用并执行数据流实时提取及解析程序，以对所述影像数据流、所述POS数据流和所述激光数据流均分别进行实时的数据提取和解析处理，得到相应的待处理影像数据、待处理航迹数据和待处理激光数据。
需要指出的是，在对POS数据流进行实时的数据提取和解析处理时，POS数据流的格式具体包括但不限于ASCII码或二进制。
步骤S13：自动调用并执行激光脚点坐标实时计算程序，以利用所述待处理航迹数据和所述待处理激光数据实时计算出每个激光脚点的坐标，得到相应的激光点云数据。
参见图3所示，本实施例在自动调用并执行激光脚点坐标实时计算程序的过程中，利用所述待处理航迹数据和所述待处理激光数据实时计算出每个激光脚点的坐标，得到相应的激光点云数据的步骤，具体可以包括：
步骤S131：从所述待处理航迹数据中确定出与激光脚点的发射时刻对应的位置信息和姿态信息，得到第一位置姿态信息；
步骤S132：根据所述第一位置姿态，并利用第一旋转矩阵，将每个激光脚点的坐标从所述激光扫描仪的自身坐标系转换到地理坐标系，然后再从地理坐标系转换到笛卡尔坐标系，得到相应的激光点云数据；
其中，所述激光点云数据的格式为标准LAS格式，所述第一旋转矩阵中包含所述激光扫描仪的自身坐标系与导航坐标系之间的旋转角和所述激光扫描仪的坐标原点与IMU(即Inertial Measurement Unit，惯性测量单元)的坐标原点之间的偏移量，该旋转角中包含激光检校角度值。
步骤S14：自动调用并执行精确外方位元素实时确定程序，以对所述待处理航迹数据和所述待处理影像数据进行实时处理，得到相应影像的精确外方位元素。
参见图4所示，本实施例在自动调用并执行精确外方位元素实时确定程序的过程中，对所述待处理航迹数据和所述待处理影像数据进行实时处理的步骤，具体可以包括：
步骤S141：对所述待处理影像数据进行畸变校正处理，得到校正后影像数据；
步骤S142：从所述待处理航迹数据中确定出与影像曝光时刻对应的位置信息和姿态信息，得到第二位置姿态信息；
步骤S143：根据所述第二位置姿态，并利用第二旋转矩阵，得到所述校正后影像数据在笛卡尔坐标系下的精确外方位元素；
其中，所述第二旋转矩阵中包含所述相机的自身坐标系与导航坐标系之间的旋转角和所述相机的坐标原点与IMU的坐标原点之间的偏移量，该旋转角中包含影像检校角度值。
步骤S15：自动调用并执行点云实时赋色程序，以将所述激光点云数据中的每个激光脚点分别实时反投影至已获取所述精确外方位元素的影像平面的相应位置上，并将所述影像平面的相应位置上的色彩信息实时赋给相应的激光脚点，得到相应的彩色点云数据。
本实施例中，上述彩色点云数据具体可以是赋有RGB色彩的三维激光点云数据。
需要指出的是，本实施例具体可以利用共线方程，将所述激光点云数据中的每个激光脚点分别实时反投影至已获取所述精确外方位元素的影像平面的相应位置上，并将所述影像平面的相应位置上的色彩信息实时赋给相应的激光脚点，得到相应的彩色点云数据。
步骤S16：自动调用并执行数据实时下发程序，以将所述彩色点云数据实时下发至预设的显示终端进行实时显示、测量和存储。
本实施例中，上述数据实时采集程序、数据流实时提取及解析程序、激光脚点坐标实时计算程序、精确外方位元素实时确定程序、点云实时赋色程序、数据实时下发程序以及精确外方位元素实时确定程序是预先保存在激光雷达设备中的程序，激光雷达设备通过自动调用并执行上述各种程序，从而实现本实施例中数据实时处理方法中的各个步骤。
可以理解的是，本实施例在启动上述各个步骤之前，还可以通过预设的客户端向处于移动状态的激光雷达设备发送启动指令，当激光雷达设备获取到客户端发送的启动指令之后，将可以启动上述S11至S16的步骤。当然，在激光雷达设备处于移动状态的过程中，也可以通过上述客户端向激光雷达设备发送暂停指令，以利用该暂停指令控制激光雷达设备暂停当前正在进行的数据实时处理进程。
在将所述彩色点云数据实时下发至预设的显示终端的过程中，本实施例具体可以采用256位加密方法以及高效的压缩算法对上述彩色点云数据分别进行加密和压缩之后实时传输至预设的显示终端，该显示终端获取到加密后压缩数据之后，对该数据进行相应的实时解压缩和实时解密处理，然后对处理后得到的数据进行实时显示、测量和存储。其中，本实施例具体可以基于UDP协议(即User Datagram Protocol)将数据下发至显示终端。
本实施例中，上述显示终端在对所述彩色点云数据进行实时显示时，具体可以是通过360°对所述彩色点云数据进行实时显示，并且，显示内容具体可以包括RGB色彩、激光点的回波强度和按高程显示的色彩等。进一步的，本实施例还可以预先在上述显示终端的人机交互界面上添加画面缩放模块、画面平移模块和画面旋转模块。另外，还可以在上述显示终端的人际交互界面上添加电子测量尺，以便用户可以借助该电子测量尺对彩色点云数据中的目标物体区域进行量测。并且，上述电子测量尺具体可以是一种能够在上述人机交互界面上被用户自由拖放的电子测量尺，从而更加方便用户通过拖动上述电子测量尺至目标物体区域上来对该区域进行量测。
进一步的，为了方便上述显示终端的用户对数据进行分享，本实施例还可以通过在显示终端上预先设置的数据分享接口，将显示终端获取到的彩色点云数据发送至预设的用户终端，从而实现数据分享目的。
其中，上述显示终端包括手持智能终端、穿戴式智能终端和个人计算机中的任意一种或几种。
进一步的，本实施例的数据实时处理方法，还可以包括：
自动调用并执行数据实时保存程序，以将所述影像数据流、所述POS数据流、所述激光数据流、所述彩色点云数据以及相应的设备运行状况数据实时保存至所述激光雷达设备的本地存储器中。
另外，激光雷达设备中的本地存储器包括但不限于固态硬盘。
可以理解的是，上述对数据进行实时保存的步骤和对采集到的数据流进行实时处理的步骤之间是相互独立的，相互之间不会产生影响。并且需要指出的是，本实施例在对上述POS数据流进行实时保存时，该POS数据流是一种格式为二进制的数据流。
可见，本发明实施例公开了一种在激光雷达设备处于移动过程中的数据实时处理方法，在该方法中，通过自动调用并执行数据实时采集程序、数据流实时提取及解析程序、激光脚点坐标实时计算程序、精确外方位元素实时确定程序、点云实时赋色程序以及数据实时下发程序，可以实现实时采集数据流、实时提取和解析数据流、实时计算激光脚点坐标、实时确定影像的精确外方位元素、实时对点云进行赋色处理以及实时下发数据，并在显示终端上实时显示、测量和存储操作，由此可以大幅缩短彩色点云数据获取过程所需的时间，从而提升了彩色点云数据获取过程的时效性。
相应的，本发明实施例还公开了一种激光雷达设备移动过程中的数据实时处理系统，参见图5所示，该系统包括：
数据实时采集模块11，用于自动调用并执行数据实时采集程序，以分别通过相机、POS系统和激光扫描仪实时采集相应的数据流，得到相应的影像数据流、POS数据流和激光数据流；
数据流实时提取及解析模块12，用于自动调用并执行数据流实时提取及解析程序，以对所述影像数据流、所述POS数据流和所述激光数据流均分别进行实时的数据提取和解析处理，得到相应的待处理影像数据、待处理航迹数据和待处理激光数据；
激光脚点坐标实时计算模块13，用于自动调用并执行激光脚点坐标实时计算程序，以利用所述待处理航迹数据和所述待处理激光数据实时计算出每个激光脚点的坐标，得到相应的激光点云数据；
影像数据实时处理模块14，用于自动调用并执行精确外方位元素实时确定程序，以对所述待处理航迹数据和所述待处理影像数据进行实时处理，得到相应影像的精确外方位元素；
点云实时赋色模块15，用于自动调用并执行点云实时赋色程序，以将所述激光点云数据中的每个激光脚点分别实时反投影至已获取所述精确外方位元素的影像平面的相应位置上，并将所述影像平面的相应位置上的色彩信息实时赋给相应的激光脚点，得到相应的彩色点云数据；
数据实时下发模块16，用于自动调用并执行数据实时下发程序，以将所述彩色点云数据实时下发至预设的显示终端进行实时显示、测量和存储。
其中，所述激光脚点坐标实时计算模块，具体可以包括第一位置姿态确定单元和点云数据确定单元；其中：
第一位置姿态确定单元，用于从所述待处理航迹数据中确定出与激光脚点的发射时刻对应的位置信息和姿态信息，得到第一位置姿态信息；
点云数据确定单元，用于根据所述第一位置姿态，并利用第一旋转矩阵，将每个激光脚点的坐标从所述激光扫描仪的自身坐标系转换到地理坐标系，然后再从地理坐标系转换到笛卡尔坐标系，得到相应的激光点云数据；
其中，所述激光点云数据的格式为标准LAS格式，所述第一旋转矩阵中包含所述激光扫描仪的自身坐标系与导航坐标系之间的旋转角和所述激光扫描仪的坐标原点与IMU的坐标原点之间的偏移量，该旋转角中包含激光检校角度值。
进一步的，本实施例中的所述影像数据实时处理模块，具体可以包括影像校正单元、第二位置姿态确定单元以及精确外方位元素确定单元；其中：
影像校正单元，用于对所述待处理影像数据进行畸变校正处理，得到校正后影像数据；
第二位置姿态确定单元，用于从所述待处理航迹数据中确定出与影像曝光时刻对应的位置信息和姿态信息，得到第二位置姿态信息；
精确外方位元素确定单元，用于根据所述第二位置姿态，并利用第二旋转矩阵，得到所述校正后影像数据在笛卡尔坐标系下的精确外方位元素；
其中，所述第二旋转矩阵中包含所述相机的自身坐标系与导航坐标系之间的旋转角和所述相机的坐标原点与IMU的坐标原点之间的偏移量，该旋转角中包含影像检校角度值。
进一步的，数据实时处理系统，还包括：
数据流实时保存模块，用于自动调用并执行数据实时保存程序，以将所述影像数据流、所述POS数据流、所述激光数据流、所述彩色点云数据以及相应的设备运行状况数据实时保存至所述激光雷达设备的本地存储器中。
另外，上述所述点云实时赋色模块，具体可以用于利用共线方程，将所述激光点云数据中的每个激光脚点分别实时反投影至已获取所述精确外方位元素的影像平面的相应位置上，并将所述影像平面的相应位置上的色彩信息实时赋给相应的激光脚点，得到相应的彩色点云数据。
关于上述各个模块更加具体的工作过程可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。
进一步的，本发明实施例还公开了一种激光雷达设备，参见图6所示，该设备包括相机21、POS系统22、激光扫描仪23、程序存储器24和处理器25；其中，
所述程序存储器24，用于存储数据实时采集程序、数据流实时提取及解析程序、激光脚点坐标实时计算程序、精确外方位元素实时确定程序、点云实时赋色程序、数据实时下发程序、精确外方位元素实时确定程序以及数据实时处理程序；
所述处理器25，用于通过执行所述数据实时处理程序，分别自动调用并执行所述数据实时采集程序、数据流实时提取及解析程序、激光脚点坐标实时计算程序、精确外方位元素实时确定程序、点云实时赋色程序、数据实时下发程序和精确外方位元素实时确定程序，以完成前述实施例中公开的数据实时处理方法。
进一步的，上述程序存储器24中还可以存储数据实时保存程序，该程序被处理器25执行时，可以实现将所述影像数据流、所述POS数据流、所述激光数据流、所述彩色点云数据以及相应的设备运行状况数据实时保存至所述激光雷达设备的本地存储器中的技术方案。
关于上述数据实时处理方法更加具体的步骤可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。
进一步的，本发明还公开了一种激光雷达系统，包括前述公开的激光雷达设备以及相应的显示终端。
进一步的，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，用于存储数据实时采集程序、数据流实时提取及解析程序、激光脚点坐标实时计算程序、精确外方位元素实时确定程序、点云实时赋色程序、数据实时下发程序、精确外方位元素实时确定程序以及数据实时处理程序；
其中，所述数据实时处理程序被处理器执行时，会分别自动调用并执行所述数据实时采集程序、数据流实时提取及解析程序、激光脚点坐标实时计算程序、精确外方位元素实时确定程序、点云实时赋色程序、数据实时下发程序和精确外方位元素实时确定程序，以完成前述实施例中公开的数据实时处理方法。
关于上述数据实时处理方法更加具体的步骤可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
最后，还需要说明的是，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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种激光雷达设备、系统、存储介质及数据实时处理方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (13)
1.一种激光雷达设备移动过程中的数据实时处理方法，其特征在于，包括：
自动调用并执行数据实时采集程序，以分别通过相机、POS系统和激光扫描仪实时采集相应的数据流，得到相应的影像数据流、POS数据流和激光数据流；
自动调用并执行数据流实时提取及解析程序，以对所述影像数据流、所述POS数据流和所述激光数据流均分别进行实时的数据提取和解析处理，得到相应的待处理影像数据、待处理航迹数据和待处理激光数据；
自动调用并执行激光脚点坐标实时计算程序，以利用所述待处理航迹数据和所述待处理激光数据实时计算出每个激光脚点的坐标，得到相应的激光点云数据；
自动调用并执行精确外方位元素实时确定程序，以对所述待处理航迹数据和所述待处理影像数据进行实时处理，得到相应影像的精确外方位元素；
自动调用并执行点云实时赋色程序，以将所述激光点云数据中的每个激光脚点分别实时反投影至已获取所述精确外方位元素的影像平面的相应位置上，并将所述影像平面的相应位置上的色彩信息实时赋给相应的激光脚点，得到相应的彩色点云数据；
自动调用并执行数据实时下发程序，以将所述彩色点云数据实时下发至预设的显示终端进行实时显示、测量和存储。
2.根据权利要求1所述的数据实时处理方法，其特征在于，所述利用所述待处理航迹数据和所述待处理激光数据实时计算出每个激光脚点的坐标，得到相应的激光点云数据的步骤，包括：
从所述待处理航迹数据中确定出与激光脚点的发射时刻对应的位置信息和姿态信息，得到第一位置姿态信息；
根据所述第一位置姿态，并利用第一旋转矩阵，将每个激光脚点的坐标从所述激光扫描仪的自身坐标系转换到地理坐标系，然后再从地理坐标系转换到笛卡尔坐标系，得到相应的激光点云数据；
其中，所述激光点云数据的格式为标准LAS格式，所述第一旋转矩阵中包含所述激光扫描仪的自身坐标系与导航坐标系之间的旋转角和所述激光扫描仪的坐标原点与IMU的坐标原点之间的偏移量，该旋转角中包含激光检校角度值。
3.根据权利要求1所述的数据实时处理方法，其特征在于，所述对所述待处理航迹数据和所述待处理影像数据进行实时处理的步骤，包括：
对所述待处理影像数据进行畸变校正处理，得到校正后影像数据；
从所述待处理航迹数据中确定出与影像曝光时刻对应的位置信息和姿态信息，得到第二位置姿态信息；
根据所述第二位置姿态，并利用第二旋转矩阵，得到所述校正后影像数据在笛卡尔坐标系下的精确外方位元素；
其中，所述第二旋转矩阵中包含所述相机的自身坐标系与导航坐标系之间的旋转角和所述相机的坐标原点与IMU的坐标原点之间的偏移量，该旋转角中包含影像检校角度值。
4.根据权利要求1至3任一项所述的数据实时处理方法，其特征在于，还包括：
自动调用并执行数据实时保存程序，以将所述影像数据流、所述POS数据流、所述激光数据流、所述彩色点云数据以及相应的设备运行状况数据实时保存至所述激光雷达设备的本地存储器中。
5.根据权利要求1至3任一项所述的数据实时处理方法，其特征在于，所述将所述激光点云数据中的每个激光脚点分别实时反投影至已获取所述精确外方位元素的影像平面的相应位置上，并将所述影像平面的相应位置上的色彩信息实时赋给相应的激光脚点，得到相应的彩色点云数据的步骤，包括：
利用共线方程，将所述激光点云数据中的每个激光脚点分别实时反投影至已获取所述精确外方位元素的影像平面的相应位置上，并将所述影像平面的相应位置上的色彩信息实时赋给相应的激光脚点，得到相应的彩色点云数据。
6.一种激光雷达设备移动过程中的数据实时处理系统，其特征在于，包括：
数据实时采集模块，用于自动调用并执行数据实时采集程序，以分别通过相机、POS系统和激光扫描仪实时采集相应的数据流，得到相应的影像数据流、POS数据流和激光数据流；
数据流实时提取及解析模块，用于自动调用并执行数据流实时提取及解析程序，以对所述影像数据流、所述POS数据流和所述激光数据流均分别进行实时的数据提取和解析处理，得到相应的待处理影像数据、待处理航迹数据和待处理激光数据；
激光脚点坐标实时计算模块，用于自动调用并执行激光脚点坐标实时计算程序，以利用所述待处理航迹数据和所述待处理激光数据实时计算出每个激光脚点的坐标，得到相应的激光点云数据；
影像数据实时处理模块，用于自动调用并执行精确外方位元素实时确定程序，以对所述待处理航迹数据和所述待处理影像数据进行实时处理，得到相应影像的精确外方位元素；
点云实时赋色模块，用于自动调用并执行点云实时赋色程序，以将所述激光点云数据中的每个激光脚点分别实时反投影至已获取所述精确外方位元素的影像平面的相应位置上，并将所述影像平面的相应位置上的色彩信息实时赋给相应的激光脚点，得到相应的彩色点云数据；
数据实时下发模块，用于自动调用并执行数据实时下发程序，以将所述彩色点云数据实时下发至预设的显示终端进行实时显示、测量和存储。
7.根据权利要求6所述的激光雷达设备移动过程中的数据实时处理系统，其特征在于，所述激光脚点坐标实时计算模块，包括：
第一位置姿态确定单元，用于从所述待处理航迹数据中确定出与激光脚点的发射时刻对应的位置信息和姿态信息，得到第一位置姿态信息；
点云数据确定单元，用于根据所述第一位置姿态，并利用第一旋转矩阵，将每个激光脚点的坐标从所述激光扫描仪的自身坐标系转换到地理坐标系，然后再从地理坐标系转换到笛卡尔坐标系，得到相应的激光点云数据；
其中，所述激光点云数据的格式为标准LAS格式，所述第一旋转矩阵中包含所述激光扫描仪的自身坐标系与导航坐标系之间的旋转角和所述激光扫描仪的坐标原点与IMU的坐标原点之间的偏移量，该旋转角中包含激光检校角度值。
8.根据权利要求6所述的激光雷达设备移动过程中的数据实时处理系统，其特征在于，所述影像数据实时处理模块，包括：
影像校正单元，用于对所述待处理影像数据进行畸变校正处理，得到校正后影像数据；
第二位置姿态确定单元，用于从所述待处理航迹数据中确定出与影像曝光时刻对应的位置信息和姿态信息，得到第二位置姿态信息；
精确外方位元素确定单元，用于根据所述第二位置姿态，并利用第二旋转矩阵，得到所述校正后影像数据在笛卡尔坐标系下的精确外方位元素；
其中，所述第二旋转矩阵中包含所述相机的自身坐标系与导航坐标系之间的旋转角和所述相机的坐标原点与IMU的坐标原点之间的偏移量，该旋转角中包含影像检校角度值。
9.根据权利要求6至8任一项所述的激光雷达设备移动过程中的数据实时处理系统，其特征在于，还包括：
数据流实时保存模块，用于自动调用并执行数据实时保存程序，以将所述影像数据流、所述POS数据流、所述激光数据流、所述彩色点云数据以及相应的设备运行状况数据实时保存至所述激光雷达设备的本地存储器中。
10.根据权利要求6至8任一项所述的激光雷达设备移动过程中的数据实时处理系统，其特征在于，
所述点云实时赋色模块，具体用于利用共线方程，将所述激光点云数据中的每个激光脚点分别实时反投影至已获取所述精确外方位元素的影像平面的相应位置上，并将所述影像平面的相应位置上的色彩信息实时赋给相应的激光脚点，得到相应的彩色点云数据。
11.一种激光雷达设备，其特征在于，包括相机、POS系统、激光扫描仪、程序存储器和处理器；其中，
所述程序存储器，用于存储数据实时采集程序、数据流实时提取及解析程序、激光脚点坐标实时计算程序、精确外方位元素实时确定程序、点云实时赋色程序、数据实时下发程序、精确外方位元素实时确定程序以及数据实时处理程序；
所述处理器，用于通过执行所述数据实时处理程序，分别自动调用并执行所述数据实时采集程序、数据流实时提取及解析程序、激光脚点坐标实时计算程序、精确外方位元素实时确定程序、点云实时赋色程序、数据实时下发程序和精确外方位元素实时确定程序，以完成如权利要求1至5任一项所述的数据实时处理方法。
12.一种激光雷达系统，其特征在于，包括如权利要求11所述的激光雷达设备以及相应的显示终端。
13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储数据实时采集程序、数据流实时提取及解析程序、激光脚点坐标实时计算程序、精确外方位元素实时确定程序、点云实时赋色程序、数据实时下发程序、精确外方位元素实时确定程序以及数据实时处理程序；
其中，所述数据实时处理程序被处理器执行时，会分别自动调用并执行所述数据实时采集程序、数据流实时提取及解析程序、激光脚点坐标实时计算程序、精确外方位元素实时确定程序、点云实时赋色程序、数据实时下发程序和精确外方位元素实时确定程序，以完成如权利要求1至5任一项所述的数据实时处理方法。
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