CN108872968A - 激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，包括以下步骤：发射模块发射出第一激光束、第二激光束及第三激光束，并记录第一激光束、第二激光束及第三激光束的发射时间；并在目标物体的相对表面上形成光斑，所述光斑扫描目标物体；第一激光束、第二激光束及第三激光束在相对表面上反射形成具有特征检测参数的激光回波信号，记录激光回波信号的获取时间，并记录激光回波信号的特征检测参数；通过计算得出第一电信号、第二电信号及第三电信号；通过整理计算得出彩色点云数据，并输出相应的彩色点云数据。该激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法能更准确地获取彩色点云数据，不受环境照明因素的影响，实用性强。

Description

激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法及其系统

技术领域

本发明涉及点云数据处理技术领域，具体涉及一种激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法及其系统。

背景技术

近年来，随着自动驾驶、机器人不断创新及发展，激光雷达技术也被应用到更广泛的领域，目前通过激光雷达技术所获取的点云数据只有空间坐标值而没有该坐标值的颜色信息，影响计算机终端对点云数据处理结果的准确性，且无颜色信息的点云数据显示时不利于人眼观察。

而传统获得彩色点云数据的设备一般为雷达与相机的组合，但该设备的颜色数据与点云数据需要复杂的配准算法，且容易产生误配，降低彩色点云数据的准确性，相机只能在光照的条件下才能正常工作，具有一定的局限性，实用性较差。

发明内容

本发明的目的在于改进现有技术的缺陷，提供一种激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法及其系统，该激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法能更准确地获取彩色点云数据，不受环境照明因素的影响，实用性强。

其技术方案如下：

激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，包括以下步骤：

发射模块发射出第一激光束、第二激光束及第三激光束，并记录第一激光束、第二激光束及第三激光束的发射时间；

第一激光束、第二激光束及第三激光束在目标物体的相对表面上形成光斑，所述光斑扫描目标物体；

第一激光束、第二激光束及第三激光束在相对表面上反射形成具有特征检测参数的激光回波信号，获取激光回波信号，记录激光回波信号的获取时间，并记录激光回波信号的特征检测参数；

根据获取的激光回波信号，通过计算得出第一电信号、第二电信号及第三电信号，并输出该第一电信号、第二电信号及第三电信号；

根据输出的第一电信号、第二电信号及第三电信号，通过整理计算得出彩色点云数据，并输出相应的彩色点云数据。

所述激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，所述激光回波信号还包括有三种波长参数及三种颜色参数，三种波长参数之间的参数各异，三种颜色参数之间相互独立，各波长参数与各颜色参数相对应。

所述激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，还包括以下步骤：

获取激光回波信号时，

根据第一激光束的发射时间及激光回波信号的获取时间，通过计算得出第一激光束的发射点到光斑的距离；

根据第二激光束的发射时间及激光回波信号的获取时间，通过计算得出第二激光束的发射点到光斑的距离；

根据第三激光束的发射时间及激光回波信号的获取时间，通过计算得出第三激光束的发射点到光斑的距离。

所述激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，还包括以下步骤：

通过特征检测参数、第一激光束的发射点到光斑的距离、第二激光束的发射点到光斑的距离、第三激光束的发射点到光斑的距离，计算得出点云数据的三维空间坐标；

所述第一电信号与第一激光束相对应，第二电信号与第二激光束相对应，第三电信号与第三激光束相对应，该第一电信号、第二电信号及第三电信号均具有脉冲强度。

所述激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，还包括以下步骤：

在发射模块发射出第一激光束、第二激光束及第三激光束后，分别对第一激光束、第二激光束及第三激光束进行准直处理；

将准直处理后的第一激光束、第二激光束及第三激光束进行合成处理，将第一激光束、第二激光束及第三激光束合成一道总光束，该总光束在目标物体的相对表面上形成光斑，所述光斑的数量为一个。

所述激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，还包括以下步骤：

在发射模块发射出第一激光束、第二激光束及第三激光束后，将第一激光束、第二激光束及第三激光束合成一道总光束；

获取合成后的总光束，并对总光束进行准直处理，根据准直处理后的总光束，该总光束在目标物体的相对表面上形成光斑。

所述激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，所述特征检测参数还包括：总光束在水平面上的投影与水平线方向上的夹角为偏航角；总光束的发射方向与水平面的夹角为俯仰角。

所述激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，还包括以下步骤：

在发射模块发射出第一激光束、第二激光束及第三激光束后，分别对第一激光束、第二激光束及第三激光束进行准直处理，所述发射的第一激光束、第二激光束及第三激光束相互并行设置；

根据准直处理后的第一激光束、第二激光束及第三激光束，在目标物体的相对表面上形成光斑。

所述激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，还包括以下步骤：

总提取模块获取的相对表面上反射形成的激光回波信号，并将激光回波信号输送至分光模块，所述分光模块对激光回波信号进行分光处理：根据激光回波信号的三种波长参数分为，第一波长参数的激光回波信号、第二波长参数的激光回波信号、第三波长参数的激光回波信号；

第一光电探测器获取第一波长参数的激光回波信号，并将第一波长参数的激光回波信号转化为第一电信号；第二光电探测器获取第二波长参数的激光回波信号，并将第二波长参数的激光回波信号转化为第二电信号；第三光电探测器获取第三波长参数的激光回波信号，并将第三波长参数的激光回波信号转化为第三电信号；输出第一电信号、第二电信号及第三电信号。

所述激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，还包括以下步骤：

根据获取的相对表面上反射形成的激光回波信号，第一提取模块获取第一波长参数的激光回波信号、第二提取模块获取第二波长参数的激光回波信号、第三提取模块获取第三波长参数的激光回波信号；

第一提取模块将获取到的第一波长参数的激光回波信号输送至第一光电探测器，通过第一光电探测器将激光回波信号转化为第一电信号；第二提取模块将获取到的第二波长参数的激光回波信号输送至第二光电探测器，通过第二光电探测器将激光回波信号转化为第二电信号；第三提取模块将获取到的第三波长参数的激光回波信号输送至第三光电探测器，通过第三光电探测器将激光回波信号转化为第三电信号。

激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，还包括以下步骤：

第一幅值鉴别器获取第一电信号，将第一电信号转化为数字信号，并计算得出该数字信号的信号强度；第二幅值鉴别器获取第二电信号，将第二电信号转化为数字信号，并计算得出该数字信号的信号强度；第三幅值鉴别器获取第三电信号，将第三电信号转化为数字信号，并计算得出该数字信号的信号强度；

所述颜色参数为三刺激值，通过该三刺激值计算得出彩色点云数据；根据物体对三种不同的波长参数的第一激光束、第二激光束及第三激光束均有不同的反射率，第一光电探测器、第二光电探测器及第三光电探测器分别输出三种不同的脉冲强度的第一电信号、第二电信号及第三电信号。

激光扫描目标物体中彩色点云的提取系统，包括发射模块、合光模块、准直模块、总提取模块、分光模块、第一提取模块、第二提取模块、第三提取模块、第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第一幅值鉴别器、第二幅值鉴别器、第三幅值鉴别器、终端处理模块；

发射模块，用于发射出第一激光束、第二激光束及第三激光束；

合光模块，用于将第一激光束、第二激光束及第三激光束合成一道总光束；

准直模块，用于对第一激光束、第二激光束及第三激光束的准直处理；

总提取模块，用于获取在相对表面上反射形成的激光回波信号，并将激光回波信号输送至分光模块；

分光模块，用于对激光回波信号进行分光处理；

第一提取模块，用于获取第一波长参数的激光回波信号，并将获取到的激光回波信号输送至第一光电探测器；第二提取模块，用于获取第二波长参数的激光回波信号，并将获取到的激光回波信号输送至第二光电探测器；第三提取模块，用于获取第三波长参数的激光回波信号，并将获取到的激光回波信号输送至第三光电探测器；

第一光电探测器，用于获取第一波长参数的激光回波信号，并将第一波长参数的激光回波信号转化为第一电信号，输出第一电信号；第二光电探测器，用于获取第二波长参数的激光回波信号，并将第二波长参数的激光回波信号转化为第二电信号，输出第二电信号；第三光电探测器，用于获取第三波长参数的激光回波信号，并将第三波长参数的激光回波信号转化为第三电信号，输出第三电信号；

第一幅值鉴别器，用于获取第一电信号，将第一电信号转化为数字信号，并计算得出该数字信号的信号强度；第二幅值鉴别器，用于获取第二电信号，将第二电信号转化为数字信号，并计算得出该数字信号的信号强度；第三幅值鉴别器，用于获取第三电信号，将第三电信号转化为数字信号，并计算得出该数字信号的信号强度；

终端处理模块，用于计算得出点云数据的三维空间坐标；用于将信号强度通过计算得出与点云数据相对应的三刺激值；用于将点云数据及三刺激值通过计算得出彩色点云数据。

需要说明的是：

前述“第一、第二、第三”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于对名称的区分。

下面对本发明的优点或原理进行说明：

1、激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，发射模块发射出第一激光束、第二激光束及第三激光束，并记录第一激光束、第二激光束及第三激光束的发射时间；第一激光束、第二激光束及第三激光束在目标物体的相对表面上形成光斑，所述光斑扫描目标物体；第一激光束、第二激光束及第三激光束在相对表面上反射形成具有特征检测参数的激光回波信号，获取激光回波信号，记录激光回波信号的获取时间，并记录激光回波信号的特征检测参数，通过第一激光束、第二激光束及第三激光束的发射时间及激光回波信号的获取时间，计算得出在第一激光束、第二激光束及第三激光束的发射点到目标物体上的光斑的距离，再根据特征检测参数，对光斑扫描出来的点云数据进行计算，获得点云数据的三维空间坐标；根据获取的激光回波信号，通过计算得出第一电信号、第二电信号及第三电信号，并输出该第一电信号、第二电信号及第三电信号；根据输出的第一电信号、第二电信号及第三电信号，通过整理计算得出彩色点云数据，并输出相应的彩色点云数据；

该激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法仅需第一激光束、第二激光束及第三激光束，通过运算便能获得彩色点云数据，该彩色点云数据便于观察，有利于根据彩色点云数据作出一系列准确地判断；该激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法适用于全天候的各种气象环境下对彩色点云数据的获取，不受环境照明因素的影响，且该提取方法避免了因在配准过程中出现误配的情况，提高了彩色点云数据的准确性，具有较强的实用性。

2、根据三种不同波长参数的激光回波信号，每种波长参数的反射率不同，三种颜色参数之间相互独立，即三种颜色参数的任意一种颜色参数均不能由另外两种颜色参数合成得到，避免了三种颜色参数相互混合成另一种颜色，确保了颜色参数的准确性。

3、通过激光回波信号的获取时间，第一激光束、第二激光束及第三激光束的发射时间即可计算得出发射模块分别发射出第一激光束、第二激光束、第三激光束的位置到光斑的距离，使每个光斑所获取到的点云数据均有相对应的距离，增加点云数据的准确性。

4、根据第一激光束、第二激光束及第三激光束波长参数的不同，其具有的反射率也不同，有利于接收并区分不同波长参数及颜色参数的激光回波信号，且输出具有不同脉冲强度的第一电信号、第二电信号及第三电信号。

5、从发射模块发射出的第一激光束、第二激光束及第三激光束具有发散角，当发射的距离越远时，发散角导致激光光斑越大，激光能量越分散，分辨率也越低，而通过准直处理能够有效地减小光束发散角，使第一激光束、第二激光束及第三激光束具有更好的方向性，该准直处理所需准直模块的数量为3个；将准直处理后的第一激光束、第二激光束及第三激光束进行合成处理，该合成处理能合成一道总光束，通过总光束在目标物体的相对表面上形成一个光斑；

对第一激光束、第二激光束及第三激光束使用3个准直模块，先将光束准直处理后再进行合光处理，有利于针对第一激光束、第二激光束及第三激光束的波长，及其所具有的发散角的不同，对各光束进行有针对性地准直处理，能使得准直第一激光束、第二激光束及第三激光束具有良好的光束质量，使光斑扫描的分辨率更高，能够检测更远的目标物体，提高了激光扫描目标物体中彩色点云的提取系统的测距性能。

6、先将发射出的第一激光束、第二激光束及第三激光束进行合成处理；再对合成处理后的总光束进行准直处理；

先将光束进行合光处理后再进行准直处理，在角分辨率要求不高的情况下，只需要一个准直模块即可，有利于降低准直模块的生产和/或采购成本。

7、总光束在水平面上的投影与水平线方向上的夹角为偏航角；总光束的发射方向与水平面的夹角为俯仰角；通过发射点到光斑的距离、偏航角及俯仰角，可计算得出点云数据的三维空间坐标。

8、所述发射的第一激光束、第二激光束及第三激光束相互并行设置，此设置不需要进行对第一激光束、第二激光束及第三激光束的合光处理，在发射的过程中，其光束直径随着发射会变得越来越大，第一激光束、第二激光束及第三激光束在光束直径变得越来越大的同时，第一激光束、第二激光束及第三激光束重合在一起，形成一道总光束，进而使重合在一起的总光束在目标物体的相对表面上形成一个光斑；

准直处理后的激光束直接投射到物体上，该第一激光束、第二激光束及第三激光束之间的间距较短，适合扫描较远距离的目标物体；调整第一激光束、第二激光束及第三激光束的重合在一起的距离，还能够特定距离的目标物体；该步骤省去了合光模块，能够大幅度降低造价成本，适用于不同定位的市场竞争。

9、总提取模块获取不同反射率的激光回波信号，并将激光回波信号输送至分光模块；该分光模块通过反射率的不同第一波长参数、第二波长参数及第三波长参数，和三种不同的颜色参数的分类分开；并分别输送至第一光电探测器、第二光电探测器及第三光电探测器，第一光电探测器、第二光电探测器及第三光电探测器将对应波长参数的激光回波信号转化为对应的电信号，并输出第一电信号、第二电信号及第三电信号；

通过分光模块将第一波长参数的激光回波信号、第二波长参数的激光回波信号、第三波长参数的激光回波信号分光到对应的第一光电探测器、第二光电探测器及第三光电探测器上，该步骤的总接收模块的数量为一个，有利于缩小产品体积。

10、根据获取的相对表面上反射形成的激光回波信号，第一提取模块获取第一波长参数的激光回波信号、第二提取模块获取第二波长参数的激光回波信号、第三提取模块获取第三波长参数的激光回波信号；该步骤的使用第一提取模块、第二提取模块及第三提取模块，有利于在不同波长参数的差异较大时，具有针对性地提取特定波长参数的提取模块，以便于提取到更多、更全面的激光回波信号。

11、三种不同的信号强度对应三种不同的颜色参数，通过对三种不同颜色参数的信号强度的计算，即可得出相对应的彩色点云数据，该彩色点云数据能够提高扫描检测目标物体的准确率，能够再现目标物体的形貌特征及颜色纹理细节，避免出现颜色与点云数据之间产生误配的情况。

附图说明

图1是本发明实施例一激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法的流程图；

图2是本发明实施例一激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法中对激光回波信号的接收、计算处理的流程图；

图3是本发明实施例二首先进行合光处理再进行准直处理的流程图；

图4是本发明实施例三激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法中除去合光处理步骤的流程图；

图5是本发明实施例四激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法中对激光回波信号的接收及转化的流程图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细说明。

实施例一

如图1至图2所示，激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，包括以下步骤：发射模块发射出第一激光束、第二激光束及第三激光束，并记录第一激光束、第二激光束及第三激光束的发射时间；第一激光束、第二激光束及第三激光束在目标物体的相对表面上形成光斑，所述光斑扫描目标物体；第一激光束、第二激光束及第三激光束在相对表面上反射形成具有特征检测参数的激光回波信号，获取激光回波信号，记录激光回波信号的获取时间，并记录激光回波信号的特征检测参数；根据获取的激光回波信号，通过计算得出第一电信号、第二电信号及第三电信号，并输出该第一电信号、第二电信号及第三电信号；根据输出的第一电信号、第二电信号及第三电信号，通过整理计算得出彩色点云数据，并输出相应的彩色点云数据。

总光束在水平面上的投影与水平线方向上的夹角为偏航角；总光束的发射方向与水平面的夹角为俯仰角。

所述激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，还包括以下步骤：获取激光回波信号时，根据第一激光束的发射时间及激光回波信号的获取时间，通过计算得出第一激光束的发射点到光斑的距离；根据第二激光束的发射时间及激光回波信号的获取时间，通过计算得出第二激光束的发射点到光斑的距离；根据第三激光束的发射时间及激光回波信号的获取时间，通过计算得出第三激光束的发射点到光斑的距离。

所述激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，还包括以下步骤：通过特征检测参数、第一激光束的发射点到光斑的距离、第二激光束的发射点到光斑的距离、第三激光束的发射点到光斑的距离，计算得出点云数据的三维空间坐标；所述第一电信号与第一激光束相对应，第二电信号与第二激光束相对应，第三电信号与第三激光束相对应，该第一电信号、第二电信号及第三电信号均具有脉冲强度。

所述激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，还包括以下步骤：在发射模块发射出第一激光束、第二激光束及第三激光束后，分别对第一激光束、第二激光束及第三激光束进行准直处理；将准直处理后的第一激光束、第二激光束及第三激光束进行合成处理，将第一激光束、第二激光束及第三激光束合成一道总光束，该总光束在目标物体的相对表面上形成光斑，所述光斑的数量为一个；将第一激光束、第二激光束及第三激光束合成一道总光束，该合成的方法为：第一激光束、第二激光束及第三激光束相互呈120度并交于一点，且均处于一个平面上，在第一激光束、第二激光束及第三激光束的交点处设有合光模块，该合光模块为四面体的棱镜，棱镜的三个侧面分别与平面呈45度，四面体的三条底边分别与第一激光束、第二激光束及第三激光束垂直；第一激光束、第二激光束及第三激光束入射到四面体的棱镜内，该棱镜发射出一道总光束。

所述颜色参数为三刺激值，通过该三刺激值计算得出彩色点云数据；根据物体对三种不同的波长参数的第一激光束、第二激光束及第三激光束均有不同的反射率，第一光电探测器、第二光电探测器及第三光电探测器分别输出三种不同的脉冲强度的第一电信号、第二电信号及第三电信号；三刺激值是一种简化计算的方式，即将有量纲的表达式，经过变换，化为无量纲的表达式，成为纯量。

所述激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，所述激光回波信号还包括有三种波长参数及三种颜色参数，三种波长参数之间的参数各异，三种颜色参数之间相互独立，各波长参数与各颜色参数相对应。

所述激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，还包括以下步骤：

总提取模块获取的相对表面上反射形成的激光回波信号，并将激光回波信号输送至分光模块，所述分光模块对激光回波信号进行分光处理：根据激光回波信号的三种波长参数分为，第一波长参数的激光回波信号、第二波长参数的激光回波信号、第三波长参数的激光回波信号；

第一光电探测器获取第一波长参数的激光回波信号，并将第一波长参数的激光回波信号转化为第一电信号；第二光电探测器获取第二波长参数的激光回波信号，并将第二波长参数的激光回波信号转化为第二电信号；第三光电探测器获取第三波长参数的激光回波信号，并将第三波长参数的激光回波信号转化为第三电信号；输出第一电信号、第二电信号及第三电信号。

激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，还包括以下步骤：

第一幅值鉴别器获取第一电信号，将第一电信号转化为数字信号，并计算得出该数字信号的信号强度；第二幅值鉴别器获取第二电信号，将第二电信号转化为数字信号，并计算得出该数字信号的信号强度；第三幅值鉴别器获取第三电信号，将第三电信号转化为数字信号，并计算得出该数字信号的信号强度。

激光扫描目标物体中彩色点云的提取系统，包括发射模块、合光模块、准直模块、总提取模块、分光模块、第一提取模块、第二提取模块、第三提取模块、第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第一幅值鉴别器、第二幅值鉴别器、第三幅值鉴别器、终端处理模块；

发射模块，用于发射出第一激光束、第二激光束及第三激光束；合光模块，用于将第一激光束、第二激光束及第三激光束合成一道总光束；准直模块，用于对第一激光束、第二激光束及第三激光束的准直处理；总提取模块，用于获取在相对表面上反射形成的激光回波信号，并将激光回波信号输送至分光模块；分光模块，用于对激光回波信号进行分光处理；

第一提取模块，用于获取第一波长参数的激光回波信号，并将获取到的激光回波信号输送至第一光电探测器；第二提取模块，用于获取第二波长参数的激光回波信号，并将获取到的激光回波信号输送至第二光电探测器；第三提取模块，用于获取第三波长参数的激光回波信号，并将获取到的激光回波信号输送至第三光电探测器；

第一光电探测器，用于获取第一波长参数的激光回波信号，并将第一波长参数的激光回波信号转化为第一电信号，输出第一电信号；第二光电探测器，用于获取第二波长参数的激光回波信号，并将第二波长参数的激光回波信号转化为第二电信号，输出第二电信号；第三光电探测器，用于获取第三波长参数的激光回波信号，并将第三波长参数的激光回波信号转化为第三电信号，输出第三电信号；

第一幅值鉴别器，用于获取第一电信号，将第一电信号转化为数字信号，并计算得出该数字信号的信号强度；第二幅值鉴别器，用于获取第二电信号，将第二电信号转化为数字信号，并计算得出该数字信号的信号强度；第三幅值鉴别器，用于获取第三电信号，将第三电信号转化为数字信号，并计算得出该数字信号的信号强度；

终端处理模块，用于计算得出点云数据的三维空间坐标；用于将信号强度通过计算得出与点云数据相对应的三刺激值；用于将点云数据及三刺激值通过计算得出彩色点云数据。

所述第一激光束的波长为486.1纳米；第二激光束的波长为587.1纳米；第三激光束的波长为656.3纳米。

终端处理模块的计算根据如下公式：

发射模块发射第一激光束、第二激光束及第三激光束的发射位置到光斑的距离：

其中，c为光速，t₁为第一激光束、第二激光束及第三激光束的发射时间，t₂为获取激光回波信号的时间；

光斑扫描目标物体获取的点云数据的三维空间坐标为：

其中，x为三维空间坐标中的水平方向，y为三维空间坐标中竖直向上的方向，z为三维空间坐标中与水平方向处于同一平面且与水平方向垂直的方向；为俯仰角，θ为偏航角；

三个颜色参数由以下三式计算得到：

其中，A₁、A₂、A₃分别为第一电信号、第二电信号及第三电信号转化为数字信号所对应的信号强度；点云数据中可储存三刺激值r、g、b和/或根据计算机图形学分别将它们转为0至255之间的三色值；

通过颜色相加原理计算与点云数据相对应的彩色点云数据：

C＝rR+gG+bB，

其中，C为与点云数据对应的彩色点云数据，r、g、b为三个颜色参数的三刺激值；R、G、B分别代表色光混合出等能白光所需的相对辐射能通量，可通过查询色度值对照表获得其具体数值；

对于波长参数为可见光时，得出彩色点云数据的颜色为目标物体的真实颜色；

对于波长参数为非可见光时，给第一电信号、第二电信号及第三电信号各赋予一种不同颜色的拟色，得出彩色点云数据的颜色为三种拟色的合成。

本实施例具有如下优点：

1、激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，发射模块发射出第一激光束、第二激光束及第三激光束，并记录第一激光束、第二激光束及第三激光束的发射时间；第一激光束、第二激光束及第三激光束在目标物体的相对表面上形成光斑，所述光斑扫描目标物体；第一激光束、第二激光束及第三激光束在相对表面上反射形成具有特征检测参数的激光回波信号，获取激光回波信号，记录激光回波信号的获取时间，并记录激光回波信号的特征检测参数，通过第一激光束、第二激光束及第三激光束的发射时间及激光回波信号的获取时间，计算得出在第一激光束、第二激光束及第三激光束的发射点到目标物体上的光斑的距离，再根据特征检测参数，对光斑扫描出来的点云数据进行计算，获得点云数据的三维空间坐标；根据获取的激光回波信号，通过计算得出第一电信号、第二电信号及第三电信号，并输出该第一电信号、第二电信号及第三电信号；根据输出的第一电信号、第二电信号及第三电信号，通过整理计算得出彩色点云数据，并输出相应的彩色点云数据；

该激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法仅需第一激光束、第二激光束及第三激光束，通过运算便能获得彩色点云数据，该彩色点云数据便于观察，有利于根据彩色点云数据作出一系列准确地判断；该激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法适用于全天候的各种气象环境下对彩色点云数据的获取，不受环境照明因素的影响，且该提取方法避免了因在配准过程中出现误配的情况，提高了彩色点云数据的准确性，具有较强的实用性。

2、根据三种不同波长参数的激光回波信号，每种波长参数的反射率不同，三种颜色参数之间相互独立，即三种颜色参数的任意一种颜色参数均不能由另外两种颜色参数合成得到，避免了三种颜色参数相互混合成另一种颜色，确保了颜色参数的准确性。

3、通过激光回波信号的获取时间，第一激光束、第二激光束及第三激光束的发射时间即可计算得出发射模块分别发射出第一激光束、第二激光束、第三激光束的位置到光斑的距离，使每个光斑所获取到的点云数据均有相对应的距离，增加点云数据的准确性。

4、根据第一激光束、第二激光束及第三激光束波长参数的不同，其具有的反射率也不同，有利于接收并区分不同波长参数及颜色参数的激光回波信号，且输出具有不同脉冲强度的第一电信号、第二电信号及第三电信号。

5、从发射模块发射出的第一激光束、第二激光束及第三激光束具有发散角，当发射的距离越远时，发散角导致激光光斑越大，激光能量越分散，分辨率也越低，而通过准直处理能够有效地减小光束发散角，使第一激光束、第二激光束及第三激光束具有更好的方向性，该准直处理所需准直模块的数量为3个；将准直处理后的第一激光束、第二激光束及第三激光束进行合成处理，该合成处理能合成一道总光束，通过总光束在目标物体的相对表面上形成一个光斑；

对第一激光束、第二激光束及第三激光束使用3个准直模块，先将光束准直处理后再进行合光处理，有利于针对第一激光束、第二激光束及第三激光束的波长，及其所具有的发散角的不同，对各光束进行有针对性地准直处理，能使得准直第一激光束、第二激光束及第三激光束具有良好的光束质量，使光斑扫描的分辨率更高，能够检测更远的目标物体，提高了激光扫描目标物体中彩色点云的提取系统的测距性能。

6、总光束在水平面上的投影与水平线方向上的夹角为偏航角；总光束的发射方向与水平面的夹角为俯仰角；通过发射点到光斑的距离、偏航角及俯仰角，可计算得出点云数据的三维空间坐标。

7、总提取模块获取不同反射率的激光回波信号，并将激光回波信号输送至分光模块；该分光模块通过反射率的不同第一波长参数、第二波长参数及第三波长参数，和三种不同的颜色参数的分类分开；并分别输送至第一光电探测器、第二光电探测器及第三光电探测器，第一光电探测器、第二光电探测器及第三光电探测器将对应波长参数的激光回波信号转化为对应的电信号，并输出第一电信号、第二电信号及第三电信号；

通过分光模块将第一波长参数的激光回波信号、第二波长参数的激光回波信号、第三波长参数的激光回波信号分光到对应的第一光电探测器、第二光电探测器及第三光电探测器上，该步骤的总接收模块的数量为一个，有利于缩小产品体积。

8、三种不同的信号强度对应三种不同的颜色参数，通过对三种不同颜色参数的信号强度的计算，即可得出相对应的彩色点云数据，该彩色点云数据能够提高扫描检测目标物体的准确率，能够再现目标物体的形貌特征及颜色纹理细节，避免出现颜色与点云数据之间产生误配的情况。

实施例二

如图3所示，本实施例与实施例一相比，所述激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，还包括以下步骤：

在发射模块发射出第一激光束、第二激光束及第三激光束后，将第一激光束、第二激光束及第三激光束合成一道总光束；

获取合成后的总光束，并对总光束进行准直处理，根据准直处理后的总光束，该总光束在目标物体的相对表面上形成光斑。

本实施例具有如下优点：

1、先将发射出的第一激光束、第二激光束及第三激光束进行合成处理；再对合成处理后的总光束进行准直处理；

先将光束进行合光处理后再进行准直处理，在角分辨率要求不高的情况下，只需要一个准直模块即可，有利于降低准直模块的生产和/或采购成本。

实施例三

如图4所示，本实施例与实施例一相比，所述激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，还包括以下步骤：

在发射模块发射出第一激光束、第二激光束及第三激光束后，分别对第一激光束、第二激光束及第三激光束进行准直处理，所述发射的第一激光束、第二激光束及第三激光束相互并行设置；

根据准直处理后的第一激光束、第二激光束及第三激光束，在目标物体的相对表面上形成光斑。

本实施例具有如下优点：

1、所述发射的第一激光束、第二激光束及第三激光束相互并行设置，此设置不需要进行对第一激光束、第二激光束及第三激光束的合光处理，在发射的过程中，其光束直径随着发射会变得越来越大，第一激光束、第二激光束及第三激光束在光束直径变得越来越大的同时，第一激光束、第二激光束及第三激光束重合在一起，形成一道总光束，进而使重合在一起的总光束在目标物体的相对表面上形成一个光斑。

2、准直处理后的激光束直接投射到物体上，该第一激光束、第二激光束及第三激光束之间的间距较短，适合扫描较远距离的目标物体；调整第一激光束、第二激光束及第三激光束的重合在一起的距离，还能够特定距离的目标物体；该步骤省去了合光模块，能够大幅度降低造价成本，适用于不同定位的市场竞争。

实施例四

如图5所示，本实施例与实施例一相比，所述激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，还包括以下步骤：

根据获取的相对表面上反射形成的激光回波信号，第一提取模块获取第一波长参数的激光回波信号、第二提取模块获取第二波长参数的激光回波信号、第三提取模块获取第三波长参数的激光回波信号；

第一提取模块将获取到的第一波长参数的激光回波信号输送至第一光电探测器，通过第一光电探测器将激光回波信号转化为第一电信号；第二提取模块将获取到的第二波长参数的激光回波信号输送至第二光电探测器，通过第二光电探测器将激光回波信号转化为第二电信号；第三提取模块将获取到的第三波长参数的激光回波信号输送至第三光电探测器，通过第三光电探测器将激光回波信号转化为第三电信号。

本实施例具有如下优点：

1、根据获取的相对表面上反射形成的激光回波信号，第一提取模块获取第一波长参数的激光回波信号、第二提取模块获取第二波长参数的激光回波信号、第三提取模块获取第三波长参数的激光回波信号；该步骤的使用第一提取模块、第二提取模块及第三提取模块，有利于在不同波长参数的差异较大时，具有针对性地提取特定波长参数的提取模块，以便于提取到更多、更全面的激光回波信号。

以上仅为本发明的具体实施例，并不以此限定本发明的保护范围；在不违反本发明构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本发明的保护范围。

Claims (12)

1.激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

发射模块发射出第一激光束、第二激光束及第三激光束，并记录第一激光束、第二激光束及第三激光束的发射时间；

第一激光束、第二激光束及第三激光束在目标物体的相对表面上形成光斑，所述光斑扫描目标物体；

第一激光束、第二激光束及第三激光束在相对表面上反射形成具有特征检测参数的激光回波信号，获取激光回波信号，记录激光回波信号的获取时间，并记录激光回波信号的特征检测参数；

根据获取的激光回波信号，通过计算得出第一电信号、第二电信号及第三电信号，并输出该第一电信号、第二电信号及第三电信号；

根据输出的第一电信号、第二电信号及第三电信号，通过整理计算得出彩色点云数据，并输出相应的彩色点云数据。

2.如权利要求1所述激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，其特征在于，所述激光回波信号还包括有三种波长参数及三种颜色参数，三种波长参数之间的参数各异，三种颜色参数之间相互独立，各波长参数与各颜色参数相对应。

3.如权利要求1所述激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，其特征在于，还包括以下步骤：

获取激光回波信号时，

根据第一激光束的发射时间及激光回波信号的获取时间，通过计算得出第一激光束的发射点到光斑的距离；

根据第二激光束的发射时间及激光回波信号的获取时间，通过计算得出第二激光束的发射点到光斑的距离；

根据第三激光束的发射时间及激光回波信号的获取时间，通过计算得出第三激光束的发射点到光斑的距离。

4.如权利要求3所述激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，其特征在于，还包括以下步骤：

通过特征检测参数、第一激光束的发射点到光斑的距离、第二激光束的发射点到光斑的距离、第三激光束的发射点到光斑的距离，计算得出点云数据的三维空间坐标；

所述第一电信号与第一激光束相对应，第二电信号与第二激光束相对应，第三电信号与第三激光束相对应，该第一电信号、第二电信号及第三电信号均具有脉冲强度。

5.如权利要求1至4中任一项所述激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在发射模块发射出第一激光束、第二激光束及第三激光束后，分别对第一激光束、第二激光束及第三激光束进行准直处理；

将准直处理后的第一激光束、第二激光束及第三激光束进行合成处理，将第一激光束、第二激光束及第三激光束合成一道总光束，该总光束在目标物体的相对表面上形成光斑，所述光斑的数量为一个。

6.如权利要求1至4中任一项所述激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在发射模块发射出第一激光束、第二激光束及第三激光束后，将第一激光束、第二激光束及第三激光束合成一道总光束；

获取合成后的总光束，并对总光束进行准直处理，根据准直处理后的总光束，该总光束在目标物体的相对表面上形成光斑。

7.如权利要求1至4中任一项所述激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，其特征在于，所述特征检测参数还包括：总光束在水平面上的投影与水平线方向上的夹角；总光束的发射方向与水平面的夹角。

8.如权利要求1至4中任一项所述激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在发射模块发射出第一激光束、第二激光束及第三激光束后，分别对第一激光束、第二激光束及第三激光束进行准直处理，所述发射的第一激光束、第二激光束及第三激光束相互并行设置；

根据准直处理后的第一激光束、第二激光束及第三激光束，在目标物体的相对表面上形成光斑。

9.如权利要求1至4中任一项所述激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，其特征在于，还包括以下步骤：

总提取模块获取的相对表面上反射形成的激光回波信号，并将激光回波信号输送至分光模块，所述分光模块对激光回波信号进行分光处理：根据激光回波信号的三种波长参数分为，第一波长参数的激光回波信号、第二波长参数的激光回波信号、第三波长参数的激光回波信号；

第一光电探测器获取第一波长参数的激光回波信号，并将第一波长参数的激光回波信号转化为第一电信号；第二光电探测器获取第二波长参数的激光回波信号，并将第二波长参数的激光回波信号转化为第二电信号；第三光电探测器获取第三波长参数的激光回波信号，并将第三波长参数的激光回波信号转化为第三电信号；输出第一电信号、第二电信号及第三电信号。

10.如权利要求9所述激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，其特征在于，还包括以下步骤：

根据获取的相对表面上反射形成的激光回波信号，第一提取模块获取第一波长参数的激光回波信号、第二提取模块获取第二波长参数的激光回波信号、第三提取模块获取第三波长参数的激光回波信号；

第一提取模块将获取到的第一波长参数的激光回波信号输送至第一光电探测器，通过第一光电探测器将激光回波信号转化为第一电信号；第二提取模块将获取到的第二波长参数的激光回波信号输送至第二光电探测器，通过第二光电探测器将激光回波信号转化为第二电信号；第三提取模块将获取到的第三波长参数的激光回波信号输送至第三光电探测器，通过第三光电探测器将激光回波信号转化为第三电信号。

11.如权利要求10所述激光扫描目标物体中彩色点云的提取方法，其特征在于，还包括以下步骤：

第一幅值鉴别器获取第一电信号，将第一电信号转化为数字信号，并计算得出该数字信号的信号强度；第二幅值鉴别器获取第二电信号，将第二电信号转化为数字信号，并计算得出该数字信号的信号强度；第三幅值鉴别器获取第三电信号，将第三电信号转化为数字信号，并计算得出该数字信号的信号强度；所述颜色参数为三刺激值，通过该三刺激值计算得出彩色点云数据；根据物体对三种不同的波长参数的第一激光束、第二激光束及第三激光束均有不同的反射率，第一光电探测器、第二光电探测器及第三光电探测器分别输出三种不同的脉冲强度的第一电信号、第二电信号及第三电信号。

12.激光扫描目标物体中彩色点云的提取系统，其特征在于，包括发射模块、合光模块、准直模块、总提取模块、分光模块、第一提取模块、第二提取模块、第三提取模块、第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第一幅值鉴别器、第二幅值鉴别器、第三幅值鉴别器、终端处理模块；

发射模块，用于发射出第一激光束、第二激光束及第三激光束；

合光模块，用于将第一激光束、第二激光束及第三激光束合成一道总光束；

准直模块，用于对第一激光束、第二激光束及第三激光束的准直处理；

总提取模块，用于获取在相对表面上反射形成的激光回波信号，并将激光回波信号输送至分光模块；

分光模块，用于对激光回波信号进行分光处理；

第一提取模块，用于获取第一波长参数的激光回波信号，并将获取到的激光回波信号输送至第一光电探测器；第二提取模块，用于获取第二波长参数的激光回波信号，并将获取到的激光回波信号输送至第二光电探测器；第三提取模块，用于获取第三波长参数的激光回波信号，并将获取到的激光回波信号输送至第三光电探测器；

第一光电探测器，用于获取第一波长参数的激光回波信号，并将第一波长参数的激光回波信号转化为第一电信号，输出第一电信号；第二光电探测器，用于获取第二波长参数的激光回波信号，并将第二波长参数的激光回波信号转化为第二电信号，输出第二电信号；第三光电探测器，用于获取第三波长参数的激光回波信号，并将第三波长参数的激光回波信号转化为第三电信号，输出第三电信号；

第一幅值鉴别器，用于获取第一电信号，将第一电信号转化为数字信号，并计算得出该数字信号的信号强度；第二幅值鉴别器，用于获取第二电信号，将第二电信号转化为数字信号，并计算得出该数字信号的信号强度；第三幅值鉴别器，用于获取第三电信号，将第三电信号转化为数字信号，并计算得出该数字信号的信号强度；

终端处理模块，用于计算得出点云数据的三维空间坐标；用于将信号强度通过计算得出与点云数据相对应的三刺激值；用于将点云数据及三刺激值通过计算得出彩色点云数据。