CN111399216A - 光扫描组件、机载扫描系统和光扫描方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供的光扫描组件、机载扫描系统和光扫描方法，涉及光扫描技术领域。其中，光扫描组件包括：发光器件，用于输出扫描光束；设置于扫描光束的传输路径上的塔形棱镜；与塔形棱镜连接的驱动设备，用于驱动该塔形棱镜转动，使得该塔形棱镜的多个反射面依次交替位于扫描光束的传输路径上，以将该扫描光束反射至目标区域。通过上述设置，可以改善现有的光扫描技术中存在的扫描效率较低、扫描点云轨迹不均匀或扫描组件使用寿命短的问题。

Description

光扫描组件、机载扫描系统和光扫描方法

技术领域

本申请涉及光扫描技术领域，具体而言，涉及一种光扫描组件、机载扫描系统和光扫描方法。

背景技术

光扫描技术由于具有快速、高效、精度高等优势，被广泛的应用，例如，可以包括地形测绘、数字城市建模、森林调查、灾害监测等。其中，为了实现对扫描光束的变向，一般会采用反射器件，如通过45°的反射镜进行周扫描、振镜扫描、反射棱镜扫描和楔形镜扫描等。

经发明人研究发现，现有的光扫描技术存在着扫描效率较低、扫描点云轨迹不均匀或扫描组件使用寿命短的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种光扫描组件、机载扫描系统和光扫描方法，以改善现有的光扫描技术中存在的扫描效率较低、扫描点云轨迹不均匀或扫描组件使用寿命短的问题。

为实现上述目的，本申请实施例采用如下技术方案：

一种光扫描组件，包括：

发光器件，用于输出扫描光束；

设置于所述扫描光束的传输路径上的塔形棱镜；

与所述塔形棱镜连接的驱动设备，用于驱动该塔形棱镜转动，使得该塔形棱镜的多个反射面依次交替位于所述扫描光束的传输路径上，以将该扫描光束反射至目标区域。

在本申请实施例较佳的选择中，在上述光扫描组件中，所述塔形棱镜包括：

转轴结构，该转轴结构与所述驱动设备连接；

主体结构，该主体结构与所述转轴结构连接，且包括所述多个反射面，且该多个反射面围绕该转轴结构的延伸方向设置一周，以基于该转轴结构在所述驱动设备的驱动而转动，使得所述多个反射面依次交替位于所述扫描光束的传输路径上。

在本申请实施例较佳的选择中，在上述光扫描组件中，所述主体结构还包括弧形曲面；

其中，所述多个反射面为扇形状，每个反射面的弧边分别位于所述弧形曲面的不同边缘位置，且相邻两个所述反射面的侧边重合。

在本申请实施例较佳的选择中，在上述光扫描组件中，每个所述反射面的两条侧边之间的夹角相同。

在本申请实施例较佳的选择中，在上述光扫描组件中，每个所述反射面与所述转轴结构之间的夹角相同。

在本申请实施例较佳的选择中，在上述光扫描组件中，每个所述反射面与所述转轴结构之间的夹角为45°。

在本申请实施例较佳的选择中，在上述光扫描组件中，所述塔形棱镜为四塔形棱镜，该四塔形棱镜包括4个反射面。

本申请实施例还提供了一种机载扫描系统，包括飞行设备和设置于该飞行设备的光扫描组件，该光扫描组件包括：

发光器件，用于输出扫描光束；

设置于所述扫描光束的传输路径上的塔形棱镜；

与所述塔形棱镜连接的驱动设备，用于驱动该塔形棱镜转动，使得该塔形棱镜的多个反射面依次交替位于所述扫描光束的传输路径上，以将该扫描光束反射至目标区域。

在本申请实施例较佳的选择中，在上述机载扫描系统中，所述塔形棱镜包括：

转轴结构，该转轴结构与所述驱动设备连接；

主体结构，该主体结构与所述转轴结构连接，且包括所述多个反射面，且该多个反射面围绕该转轴结构的延伸方向设置一周，以基于该转轴结构在所述驱动设备的驱动而转动，使得所述多个反射面依次交替位于所述扫描光束的传输路径上。

在上述基础上，本申请实施例还提供了一种光扫描方法，应用于上述的光扫描组件，所述方法包括：

控制发光器件输出扫描光束；

控制驱动设备转动，用于驱动塔形棱镜的多个反射面依次交替位于所述扫描光束的传输路径上，以将该扫描光束反射至目标区域。

本申请提供的光扫描组件、机载扫描系统和光扫描方法，由于光扫描组件包括塔形棱镜，且塔形棱镜具有多个反射面，使得多个反射面可以依次对扫描光束进行反射，形成多条平行扫描线。如此，由于可以形成多条平行的扫描线，使得扫描效率更高、扫描点云的轨迹均匀，从而改善现有的光扫描技术中存在的扫描效率较低、扫描点云轨迹不均匀或扫描组件(如采用振镜)使用寿命短的问题，具有较高的实用价值，特别是在应用于机载扫描系统时，具有较好的应用效果。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为现有技术中采用45°的反射镜进行扫描的效果示意图。

图2为现有技术中采用振镜进行扫描的效果示意图。

图3为现有技术中采用四棱镜进行扫描的效果示意图。

图4为现有技术中采用楔形反射镜进行扫描的效果示意图。

图5为采用楔形反射镜进行扫描的扫描轨迹示意图。

图6为本申请实施例提供的光扫描组件的结构框图。

图7为本申请实施例提供的塔形棱镜的结构示意图。

图8为本申请实施例提供的多个反射面的形状示意图。

图9为本申请实施例提供的多个反射面的另一形状示意图。

图10为本申请实施例提供的机载扫描系统的扫描轨迹示意图。

图标：100-光扫描组件；110-发光器件；120-塔形棱镜；121-主体结构；123-转轴结构；130-驱动设备。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，是现有的光扫描技术之一。其中，在该扫描技术中，是通过45°的反射镜进行360°的旋转，以将扫描光束反射至目标区域。但是，在该扫描技术中，会将大部分扫描光束反射至天空，使得对地面目标的扫描效率极低。

如图2所示，是现有的光扫描技术之二。其中，在该扫描技术中，是通过振镜的旋转，以将扫描光束反射至目标区域。但是，在该扫描技术中，由于振镜的旋转需要来回的加速、匀速、减速、反向、反向加速、反向匀速和反向减速，使得扫描控制逻辑复杂，从而导致扫描效率不高，并且，还容易缩短使用寿命。

如图3所示，是现有的光扫描技术之三。其中，在该扫描技术中，是通过四棱镜的旋转，以将扫描光束反射至目标区域。但是，在该扫描技术中，由于四棱镜的尺寸大、扫描角度小，使得扫描效率同样较低。并且，由于扫描光束的发射设备与四棱镜的中心偏移较大，使得整体系统体积较大，不利于小型化设计。

如图4所示，是现有的光扫描技术之四。其中，在该扫描技术中，是通过楔形反射镜的旋转，以将扫描光束反射至目标区域。但是，在该扫描技术中，一方面由于楔形反射镜的尺寸大、扫描视角小，使得扫描效率低；另一方面，由于结构的非对称性，使得动态平衡的调节比较困难，导致扫描速度较低，也使得扫描效率较低。

并且，结合图5，可以知道，基于楔形反射镜进行扫描，由于形成的扫描轨迹为椭圆，使得扫描点呈现出两端密、中间稀疏的特点，从而导致对获取的扫描图像的解析存在较大难度的问题。

为了克服现有的光扫描技术存在的扫描效率低的技术问题，结合图6，本申请实施例提供了一种光扫描组件100，以提高光扫描的扫描效率。

其中，所述光扫描组件100可以包括发光器件110、塔形棱镜120和驱动设备130。所述发光器件110用于输出扫描光束，所述塔形棱镜120设置于该扫描光束的传输路径上，且该塔形棱镜120与所述驱动设备130连接，以基于该驱动设备130的驱动而转动，使得该塔形棱镜120的多个反射面依次交替位于所述扫描光束的传输路径上，以将该扫描光束反射至目标区域。

基于此，由于所述塔形棱镜120具有多个反射面，且多个反射面可以依次对扫描光束进行反射，形成多条平行扫描线。如此，由于可以形成多条平行扫描线，使得扫描效率更高、扫描点云的轨迹均匀，从而改善现有的光扫描技术中存在的扫描效率较低、扫描点云轨迹不均匀或扫描组件(如采用振镜)使用寿命短的问题。

对于所述发光器件110需要说明的是，该发光器件110的具体类型不受限制，可以根据实际应用需求进行选择。

例如，在一种可以替代的示例中，为了使得所述扫描光束具有较高的穿透性，所述发光器件110可以为激光器件。

也就是说，所述扫描光束可以为扫描激光光束。

对于所述塔形棱镜120需要说明的，该塔形棱镜120的具体构成不受限制，可以根据实际应用需求进行选择，只要能够有效地形成多个反射面即可。

例如，在一种可以替代的示例中，结合图7，所述塔形棱镜120可以包括主体结构121和转轴结构123。其中，所述主体结构121包括多个反射面。

详细地，所述主体结构121可以与所述转轴结构123连接，该转轴结构123可以与所述驱动设备130连接。并且，所述多个反射面可以围绕该转轴结构123的延伸方向设置一周，以基于该转轴结构123在所述驱动设备130的驱动而转动，使得所述多个反射面依次交替位于所述扫描光束的传输路径上，从而形成对应的多条扫描线。

也就是说，基于每一个所述反射面都可以形成一条扫描线。

又例如，在另一种可以替代的示例中，所述塔形棱镜120在包括上述的主体结构121和转轴结构123的基础上，还可以包括其它结构。

其中，上述的其它结构的具体内容不做限定，根据实际应用需求进行选择即可，如基于一定的安装需求等。

可选地，所述主体结构121的具体构成不受限制，可以根据实际应用需求进行选择，例如，可以基于与所述转轴结构123的连接关系不同，进行不同的设置；也可以基于所述多个反射面的形状不同，进行不同的设置。

第一方面，所述主体结构121与所述转轴结构123的具体连接关系不受限制，可以根据实际应用需求进行选择。

例如，在一种可以替代的示例中，所述主体结构121可以设置有通孔，且所述多个反射面可以围绕该通孔设置一周。并且，所述转轴结构123可以设置于该通孔，并与所述主体结构121固定连接。

如此，在所述转轴结构123基于所述驱动设备130的驱动而转动时，可以带动所述主体结构121以该转轴结构123(也是所述通孔)为轴线，进行转动，使得所述多个反射面可以依次交替位于所述扫描光束的传输路径上。

又例如，在另一种可以替代的示例中，所述主体结构121也可以不设置通孔，如此，所述转轴结构123可以直接与所述主体结构121的端面固定连接。

第二方面，所述主体结构121在包括所述多个反射面的基础上，还可以包括其它表面，且该其它表面与所述多个反射面的具体形状也不受限制。可以根据实际应用需求进行选择。

例如，在一种可以替代的示例中，结合图8，所述主体结构121在包括所述多个反射面的基础上，还可以包括弧形曲面。

详细地，所述多个反射面可以为扇形状，且每个所述反射面的弧边分别位于所述弧形曲面的不同边缘位置，且相邻两个所述反射面的侧边重合。

也就是说，所述多个反射面可以通过对应的两条侧边围合形成一个环状结构，并通过依次首尾连接的弧边形成闭合的环状线，且该环状线与所述弧形曲面的边缘线重合。

可以理解的是，上述的扇形状可以并不是一个完整的扇形，例如，在所述主体结构121设置有通孔时，基于所述通孔的存在，所述反射面的两条侧边可以是非直接连接，如通过过渡部连接。

又例如，在另一种可以替代的示例中，结合图9，所述主体结构121在包括所述多个反射面的基础上，还可以包括非弧形曲面(如多个平面围合形成)。

详细地，所述多个反射面可以为三角形状，且每个所述反射面可以包括三条边，其中，第一条边和第二条边分别与相邻的两个反射面的第一条边和第二条边重合，第三条边与所述非弧形曲面的边缘线重合。

也就是说，所述多个反射面可以通过对应的第一条边和第二条边围合形成一个环状结构，并通过依次首尾连接的第三条边形成闭合的环状线，且该环状线与所述非弧形曲面的边缘线重合。

可以理解的是，上述的三角形状可以并不是一个完整的三角形，例如，在所述主体结构121设置有通孔时，基于所述通孔的存在，所述反射面的第一条边和第二条边也可以是非直接连接，如通过过渡部连接。

可选地，在所述多个反射面中，各所述反射面的两条侧边之间的夹角之间的大小关系不受限制，可以根据实际应用需求进行选择。

例如，在一种可以替代的示例中，在所述多个反射面中，每个所述反射面的两条侧边之间的夹角相同。又例如，在另一种可以替代的示例中，在所述多个反射面中，每个所述反射面的两条侧边之间的夹角可以不同。

基于此，在每个所述反射面的两条侧边之间的夹角都相同时，该夹角的角度可以基于该反射面的数量确定。

可以理解的是，每个所述反射面的有效反射区域(有效扫描角)不受限制，基于发明人的研究发现，由于在相邻两个反射面的相邻部位，对扫描光束进行反射时，会产生较大的光损失，使得对应位置的扫描精度下降，因而，在确定有效反射区域(有效扫描角)时，还需考虑光损失和对扫描精度的需求。

例如，若所述塔形棱镜120为四塔形棱镜，所述反射面为4个，每个所述反射面与所述转轴结构123的夹角为45°，每个反射面的两条侧边之间的夹角相同，基于该结构，在实际应用中，为满足一般的扫描精度需求，每个反射面有效地扫描角可以为75°。如此，其扫描效率也可以达到83.3％(4*75/360)，相较于采用45°的反射镜扫描的扫描效率(10％-20％)，具有显著的优势。

可选地，在所述多个反射面中，各所述反射面与所述转轴结构123之间的夹角的大小关系也不受限制，可以根据实际应用需求进行选择。

例如，在一种可以替代的示例中，在所述多个反射面中，各所述反射面与所述转轴结构123之间的夹角可以相同。又例如，在另一种可以替代的示例中，在所述多个反射面中，各所述反射面与所述转轴结构123之间的夹角可以相不同。

其中，在所述多个反射面中，各所述反射面与所述转轴结构123之间的夹角相同的基础上，该夹角的具体大小也不受限制，可以根据实际应用需求进行选择。

例如，在一种可以替代的示例中，各所述反射面与所述转轴结构123之间的夹角，可以为45°。又例如，在另一种可以替代的示例中，各所述反射面与所述转轴结构123之间的夹角，可以为60°。

基于前述的示例，本申请实施例还提供一种机载扫描系统。其中，该机载扫描系统可以包括飞行设备和光扫描组件100。

详细地，所述光扫描组件100可以设置于所述飞行设备，如此，在该飞行设备飞行的过程中，所述光扫描组件100可以对目标区域进行扫描(如图10所示)。

对于所述飞行设备需要说明的是，该飞行设备的具体类型不受限制，可以根据实际应用需求进行选择。

例如，在一种可以替代的示例中，所述飞行设备可以为无人机。

对于所述光扫描组件100需要说明的是，该光扫描组件100的具体构成不受限制，可以根据实际应用需求进行选择。

例如，所述光扫描组件100可以包括发光器件110、塔形棱镜120和驱动设备130。其中，所述发光器件110、所述塔形棱镜120和所述驱动设备130的具体构成，可以参照前文对光扫描组件100的描述，在此不再一一赘述。

基于前述的示例，本申请实施例还提供一种可应用于上述光扫描组件100的光扫描方法。其中，所述光扫描方法可以包括以下步骤：

首先，可以控制发光器件110输出扫描光束；其次，可以控制驱动设备130转动，用于驱动塔形棱镜120的多个反射面依次交替位于所述扫描光束的传输路径上，以将该扫描光束反射至目标区域。

可以理解的是，上述的两个步骤的具体先后顺序不受限制，可以根据实际应用需求进行选择。

例如，在一种可以替代的示例中，可以是先控制所述发光器件110输出扫描光束，再控制所述驱动设备130转动。

又例如，在另一种可以替代的示例中，也可以是先控制所述驱动设备130转动，再控制所述发光器件110输出扫描光束。

再例如，在另一种可以替代的示例中，还可以是同时控制所述发光器件110输出扫描光束和控制所述驱动设备130转动。

需要说明的是，在上述的示例中，“多个”是指两个和两个以上。

综上所述，本申请提供的光扫描组件、机载扫描系统和光扫描方法，由于光扫描组件100包括塔形棱镜120，且塔形棱镜120具有多个反射面，使得多个反射面可以依次对扫描光束进行反射，形成多条平行扫描线。如此，由于可以形成多条平行扫描线，使得扫描效率更高、扫描点云的轨迹均匀，从而改善现有的光扫描技术中存在的扫描效率较低、扫描点云轨迹不均匀或扫描组件(如采用振镜)使用寿命短的问题，具有较高的实用价值，特别是在应用于机载扫描系统时，具有较好的应用效果。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光扫描组件，其特征在于，包括：

发光器件，用于输出扫描光束；

设置于所述扫描光束的传输路径上的塔形棱镜；

与所述塔形棱镜连接的驱动设备，用于驱动该塔形棱镜转动，使得该塔形棱镜的多个反射面依次交替位于所述扫描光束的传输路径上，以将该扫描光束反射至目标区域。

2.根据权利要求1所述的光扫描组件，其特征在于，所述塔形棱镜包括：

转轴结构，该转轴结构与所述驱动设备连接；

主体结构，该主体结构与所述转轴结构连接，且包括所述多个反射面，且该多个反射面围绕该转轴结构的延伸方向设置一周，以基于该转轴结构在所述驱动设备的驱动而转动，使得所述多个反射面依次交替位于所述扫描光束的传输路径上。

3.根据权利要求2所述的光扫描组件，其特征在于，所述主体结构还包括弧形曲面；

其中，所述多个反射面为扇形状，每个反射面的弧边分别位于所述弧形曲面的不同边缘位置，且相邻两个所述反射面的侧边重合。

4.根据权利要求3所述的光扫描组件，其特征在于，每个所述反射面的两条侧边之间的夹角相同。

5.根据权利要求3所述的光扫描组件，其特征在于，每个所述反射面与所述转轴结构之间的夹角相同。

6.根据权利要求5所述的光扫描组件，其特征在于，每个所述反射面与所述转轴结构之间的夹角为45°。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的光扫描组件，其特征在于，所述塔形棱镜为四塔形棱镜，该四塔形棱镜包括4个反射面。

8.一种机载扫描系统，其特征在于，包括飞行设备和设置于该飞行设备的光扫描组件，该光扫描组件包括：

发光器件，用于输出扫描光束；

设置于所述扫描光束的传输路径上的塔形棱镜；

与所述塔形棱镜连接的驱动设备，用于驱动该塔形棱镜转动，使得该塔形棱镜的多个反射面依次交替位于所述扫描光束的传输路径上，以将该扫描光束反射至目标区域。

9.根据权利要求8所述的机载扫描系统，其特征在于，所述塔形棱镜包括：

转轴结构，该转轴结构与所述驱动设备连接；

主体结构，该主体结构与所述转轴结构连接，且包括所述多个反射面，且该多个反射面围绕该转轴结构的延伸方向设置一周，以基于该转轴结构在所述驱动设备的驱动而转动，使得所述多个反射面依次交替位于所述扫描光束的传输路径上。

10.一种光扫描方法，其特征在于，应用于权利要求1-8任意一项所述的光扫描组件，所述方法包括：

控制发光器件输出扫描光束；

控制驱动设备转动，用于驱动塔形棱镜的多个反射面依次交替位于所述扫描光束的传输路径上，以将该扫描光束反射至目标区域。

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