CN211603546U - 一种采集装置及基于无人机飞行平台的激光雷达作业装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采集装置及基于无人机飞行平台的激光雷达作业装置，涉及航天航空领域，其中，一种采集装置，包括：主控制器(1)、距离采集机构(3)和彩色图像采集机构(5)，其特征在于：所述主控制器(1)分别与所述距离采集机构(3)和所述彩色图像采集机构(5)连接；所述彩色图像采集机构(5)，用于采集彩色图像；所述距离采集机构(3)，用于测量所述距离采集机构(3)到地面的距离；所述主控制器(1)，用于存储所述距离以及/或所述彩色图像。以解决仅通过激光器测量的距离输出的点云颜色单一，与真实的地形地貌差别较大，无法精确地反映测绘的地形地貌的问题。

Description

一种采集装置及基于无人机飞行平台的激光雷达作业装置

技术领域

本实用新型涉及航天航空领域，具体说是一种采集装置及基于无人机飞行平台的激光雷达作业装置。

背景技术

目前地貌地形测绘领域通常应用无人机上的激光器对地形地貌进行测绘，激光器能够测量无人机的飞行航线到地表的距离，根据测量的地表上的各点到飞行航线的距离，能够输出点云，通过该点云能够反映测绘的地形地貌，然而，仅通过激光器测量的距离输出的点云颜色单一，与真实的地形地貌差别较大，无法精确地反映测绘的地形地貌。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种采集装置及基于无人机飞行平台的激光雷达作业装置，以解决仅通过激光器测量的距离输出的点云颜色单一，与真实的地形地貌差别较大，无法精确地反映测绘的地形地貌的问题。

第一方面，本实用新型提供一种采集装置，包括：主控制器、距离采集机构和彩色图像采集机构；

所述主控制器分别与所述距离采集机构和所述彩色图像采集机构连接；

所述彩色图像采集机构，用于采集彩色图像；

所述距离采集机构，用于测量所述距离采集机构到地面的距离；

所述主控制器，用于存储所述距离以及/或所述彩色图像。

优选地，所述装置还包括：辅控制器；

所述主控制器还与所述辅控制器连接；所述辅控制器与所述彩色图像采集机构连接；

所述主控制器，还用于控制所述距离采集机构的启停以及控制所述彩色图像采集机构的启停；以及

所述主控制器，通过所述辅控制器控制所述彩色图像采集机构采集所述彩色图像。

优选地，所述彩色图像采集机构，还向所述辅控制器反馈图像采集信号；

所述辅控制器，还用于对所述图像采集信号进行计数；

所述主控制器，用于根据所述图像采集信号的数量控制所述距离采集机构的启停。

优选地，所述辅控制器为单片机。

优选地，所述主控制器还与定位机构连接；

所述定位机构，用于确定所述采集装置的位置信息和/或姿态信息；

所述主控制器，还用于存储所述位置信息和/或所述姿态信息。

优选地，所述定位机构还与所述距离采集机构连接；

所述定位机构，还用于向所述距离采集机构发送时间信息；

所述距离采集机构，用于根据所述时间信息确定所述距离。

优选地，所述定位机构为GPS定位系统。

优选地，所述彩色图像采集机构为相机。

优选地，所述主控制器为单片机。

第二方面，本实用新型提供一种基于无人机飞行平台的激光雷达作业装置，包括：

如上述一种采集装置；以及飞行控制系统；

所述飞行控制系统，用于通过所述主控制器设置所述距离采集机构的采集参数和所述彩色图像采集机构的采集参数；

所述主控制器，还用于向所述飞行控制系统反馈所述距离采集机构的测量距离。

本实用新型至少具有如下有益效果：

本实用新型提供一种采集装置及基于无人机飞行平台的激光雷达作业装置，以解决仅通过激光器测量的距离输出的点云颜色单一，与真实的地形地貌差别较大的问题，能够输出高精度的彩色点云，精确地反映测绘的地形地貌。

附图说明

通过以下参考附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点更为清楚，在附图中：

图1是本实用新型实施例一种采集装置或一种基于无人机飞行平台的激光雷达作业装置的电路原理框图；

图2是本实用新型图1实施例主控制器的外围电路原理图；

图3是本实用新型图1实施例辅控制器的外围电路原理图。

具体实施方式

以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是值得说明的是，本实用新型并不限于这些实施例。在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本实用新型。

此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为了说明本实用新型的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。

同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。

图1是本实用新型实施例一种采集装置或一种基于无人机飞行平台的激光雷达作业装置的电路原理框图；图2是本实用新型图1 实施例主控制器的外围电路原理图；图3是本实用新型图1实施例辅控制器的外围电路原理图。如图1、图2和图3所示，一种采集装置，包括：主控制器1、距离采集机构3和彩色图像采集机构5，主控制器1分别与距离采集机构3和彩色图像采集机构5连接；彩色图像采集机构5，用于采集彩色图像；距离采集机构3，用于测量距离采集机构3到地面的距离；所述主控制器1，用于存储距离以及/ 或彩色图像。通过彩色图像采集机构5采集的彩色图像能够获取高精度的彩色点云以解决仅通过激光器测量的距离输出的点云颜色单一，与真实的地形地貌差别较大，无法精确地反映测绘的地形地貌的问题。

在图1、图2和图3中，采集装置还包括：辅控制器2；主控制器1还与辅控制器2连接；辅控制器2与彩色图像采集机构5连接；主控制器1，还用于控制距离采集机构3的启停以及控制彩色图像采集机构5的启停；以及主控制器1，通过辅控制器2控制所述彩色图像采集机构采集所述彩色图像。具体地说，主控制器1会向辅控制器2发送采集信号，辅控制器2在接收到主控制器1发送的采集信号之后，会触发彩色图像采集机构5的采集按钮，由此彩色图像采集机构5能够进行彩色图像采集，此外，主控制器1能够控制距离采集机构3的启停，当距离采集机构3接收到主控制3发送的采集指令时，会对该采集装置到地面的距离进行测量，并将测量结果反馈给主控制器1，主控制器1会对测量结果进行存储。

在图1、图2和图3中，彩色图像采集机构5，还向辅控制器2 反馈图像采集信号；辅控制器2，还用于对图像采集信号进行计数；主控制器1，用于根据图像采集信号的数量控制距离采集机构3 的启停。具体地说，彩色图像采集机构5每采集一张彩色图像会向辅控制器2反馈图像采集信号，辅控制器2针对该图像采集信号进行计数，并将图像采集信号的计数结果发送给主控制器1，以便主控制器1根据采集信号的计数结果控制距离采集机构3的启停。

在图1和图3中，主控制器1还与定位机构4连接；定位机构 4，用于确定采集装置的位置信息和/或姿态信息；主控制器1，还用于存储位置信息和/或姿态信息。

在图1和图3中，定位机构4还与距离采集机构3连接；定位机构4，还用于向距离采集机构3发送时间信息；距离采集机构3，用于根据所述时间信息确定所述距离。此外，定位机构4还与辅控制器2连接；定位机构4，用于通过辅控制器2向主控制器1发送位置信息；主控制器1，用于根据位置信息控制彩色图像采集机构5 的启停。具体地说，距离采集机构3可以为激光器31，定位机构4 可以为GPS定位系统41，彩色图像采集机构5可以为相机51，激光器31与GPS定位系统41连接，当激光器31接收到主控制器1发送的采集指令时，根据接收到的GPS定位系统41发送的时间信息，每隔预设时间间隔向地面发射激光，然后记录激光从地面反射回来的时间，同时GPS定位系统41还会向激光器31发送采集装置的姿态信息，即激光器发射激光的角度，由此可以确定激光器31到地面的距离，同时激光器31将测量的距离以及此刻的时间对应地发送给主控制器1，主控制器1将该测量的距离和时间对应存储。

对于本实用新型实施例，在采集装置进行采集之前，主控制器 1会对彩色图像采集机构5和距离采集机构3的采集参数进行设置，即相机51每隔预设距离拍摄彩色图像，激光器31每隔预设时间间隔发射激光，测量距离，当采集装置在空中进行数据采集时，定位机构4(即GPS定位系统41)会获取采集装置的位置信息、时间信息以及姿态信息，并将获取的位置信息通过辅控制器2每隔预设时间间隔发送给主控制器1，当主控制器1根据位置信息确定采集装置达到预设采集高度时，会向辅控制器2发送采集指令(拍照指令)，辅控制器2根据接收到的位置信息，按照预先设置的采集参数每隔预设距离控制相机51的快门进行拍摄，相机51的快门动作会向辅控制器2反馈图像采集信号，该图像采集信号具体可以为热靴信号，辅控制器针对接收到的热靴信号进行计数，并每隔预设时间将计数结果反馈给主控制器1，主控制器1根据计数结果控制激光器31的启停，当相机51正常拍摄时，说明采集机构已经达到采集高度，此时可以启动激光器31，激光器31按照预设时间间隔发射激光，根据GPS定位系统发送的时间信息测量到地面的距离，并将测量结果以及时间信息对应地反馈给主控制器1，进一步地，当主控制器1根据GPS定位系统发送的位置信息确定采集装置未达到预设采集高度时，会向辅控制器2发送停止拍照指令，辅控制器2 接收到停止拍照指令后会向控制相机51的快门停止拍摄，此时主控制器1发现热靴信号的计数结果不变时，会向激光器31发送停止指令。

在本实用新型中，通过距离采集机构和彩色图像采集机构配合，不仅能够测量采集装置距离地面的距离，还能够采集地貌的彩色图像，根据测量的距离和采集的彩色图像能够生成彩色点云，从而能够更精确、逼真地反应出测绘的地形地貌。

在图2和图3中，主控制器1和辅控制器2为单片机；主控制器1的输入IO口和输出IO口分别与辅控制器2连接，辅控制2的输入IO口与定位机构4的输出端连接，辅控制器2的输入IO口与彩色图像采集机构5的输出端连接，辅控制器2的输出IO口与彩色图形采集机构5的输入端连接。

在图2和图3中，主控制器1和辅控制器2可以为单片机或者PLC等控制器，但是本实用新型的控制器1优选为单片机；因为 PLC等控制器一般价格比较昂贵，价格一般在几千到几万之间，但是单片机的价格在几毛到几块钱之间，因此本实用新型的控制器优选为单片机。如：型号为STC89751的单片机或意法半导体 STM32F4的单片机。

在图2和图3中，主控制器1为单片机CPU1，辅控制器2为单片机CPU2，单片机CPU1和单片机CPU2型号为STC89751的单片机20,单片机CPU1和单片机CPU2就具有22个引脚(脚1-脚 22)，单片机CPU1和单片机CPU2的9脚通过滤波电容C1与电源 VCC连接，单片机CPU1和单片机CPU2的9脚还通过第一电阻R1 与地GND连接；单片机CPU1和单片机CPU2的18脚和19脚分别通过晶振Y1的两端连接，晶振Y1的两端还分别通过第二电容C2 和第三电容C3与地GND连接；单片机CPU1和单片机CPU2的20 脚与地GND连接；单片机CPU1和单片机CPU2的40脚与电源 VCC连接。

在图2中和图3中，单片机CPU1的30脚和31脚分别与辅控制器2连接；单片机CPU2的5脚和6脚分别与主控制器1连接， CPU2的31脚与定位机构4的输出端连接，此外，CPU2的26脚与彩色图像采集机构5的输出端连接，CPU2的27脚与彩色图像采集机构5的输入端连接，如彩色图像采集机构5有若干个，可以分别连接到单片机CPU2的其他引脚。

在图1、图2和图3中，主控制器1与辅控制器2通过串口进行通信，单片机CPU2的31脚可以作为外部中断口，如果单片机 CPU2与定位机构4通过串口进行时间信息的传输，则单片机CPU2 与定位机构4具有串口，串口的连接方式为现有技术，本实用新型不做详细说明，单片机CPU2与彩色图像采集机构5通过单片机 CPU2的27脚控制彩色图像采集机构5的启停，彩色图像采集机构 5通过单片机CPU2的26脚向单片机CPU2反馈热靴信号，单片机CPU2的26脚可以作为外部中断口。

在本实用新型的实施例中，单片机CPU1通过串口与单片机 CPU2连接，主控制器1通过网线连接距离采集机构3，即主控制器 1通过网线与激光器31连接，同时主控制1通过网线连接定位机构 4，即主控制器1通过网线与GPS定位系统41连接，单片机CPU2 通过串口与GPS定位系统连接，单片机CPU2通过串口和外部中断口与相机51连接，当采集装置达到预设采集高度时，主控制器1会控制相机51进行拍摄，相机51根据快门动作会向辅控制器2反馈热靴信息，辅控制器2针对相机51反馈的热靴信号进行计数，并将计数结果反馈给主控制器1，主控制器1根据热靴信号的计数结果控制激光器31的启动，当采集装置未达到采集高度时，主控制器1 根据GPS定位系统获取的位置信息会控制相机51停止拍照，以及控制激光器31停止测量距离，由此不仅能够获取采集装置距离地面的距离，还能够获取测绘的地貌的彩色图像，从而生成高精度的彩色点云，更加贴近真实地形地貌，能够精确的反应测绘的地形地貌，

同时，本实用新型提供一种基于无人机飞行平台的激光雷达作业装置，包括：如上一种采集装置，以及飞行控制系统6；飞行控制系统6，用于通过主控制器1设置距离采集机构3的采集参数和色彩图像采集机构5的采集参数；主控制器1，还用于向飞行控制系统6反馈距离采集机构3的测量距离。

在图1和图2中，基于无人机飞行平台的激光雷达作业装置可以安装在无人机上，地面站通过飞行控制系统6与主控制器1进行通信，具体地说，地面站中平板电脑和无人机的遥控器进行连接，遥控器能够操控无人机，在无人机飞行之前，地面站会通过飞行控制系统6设置彩色图像集采机构5的采集参数和距离采集机构3的采集参数，主控制器根据地面站设定的采集参数对彩色图像采集机构5和距离采集机构3进行设定，采集参数设定完成之后，无人机开始飞行作业，此时定位机构4获取无人机当前的位置信息，并通过辅控制器2向主控制器1反馈，主控制器1确定无人机达到预设采集高度，便向彩色图像采集机构5和距离采集机构3发送采集指令，之后主控制器1将接收到的距离采集机构3测量的距离发送至飞行控制系统6，飞行控制系统6会实时向地面站发送测量数据，当飞行结束后，地面站根据测量数据和彩色图像采集机构5中的彩色图像，生成高精度的彩色点云，能够精确地反应测绘的地形地貌。

在图1和图2中，单片机CPU1的5脚与飞行控制系统6的输入端连接，单片机CPU1的6脚与飞行控制系统6的输出端连接，飞行控制系统将地面站设定的采集参数发送至主控制器1，主控制器1将距离采集机构3测量的距离反馈给飞行控制系统6。

以上所述实施例仅为表达本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种采集装置，包括：主控制器(1)、距离采集机构(3)和彩色图像采集机构(5)，其特征在于：

所述主控制器(1)分别与所述距离采集机构(3)和所述彩色图像采集机构(5)连接；

所述彩色图像采集机构(5)，用于采集彩色图像；

所述距离采集机构(3)，用于测量所述距离采集机构(3)到地面的距离；

所述主控制器(1)，用于存储所述距离以及/或所述彩色图像。

2.根据权利要求1所述的采集装置，其特征在于，还包括：辅控制器(2)；

所述主控制器(1)还与所述辅控制器(2)连接；所述辅控制器(2)与所述彩色图像采集机构(5)连接；

所述主控制器(1)，还用于控制所述距离采集机构(3)的启停以及控制所述彩色图像采集机构(5)的启停；以及

所述主控制器(1)，通过所述辅控制器(2)控制所述彩色图像采集机构采集所述彩色图像。

3.根据权利要求2所述的采集装置，其特征在于：

所述彩色图像采集机构(5)，还向所述辅控制器(2)反馈图像采集信号；

所述辅控制器(2)，还用于对所述图像采集信号进行计数；

所述主控制器(1)，用于根据所述图像采集信号的数量控制所述距离采集机构(3)的启停。

4.根据权利要求2或3所述的采集装置，其特征在于：

所述辅控制器(2)为单片机。

5.根据权利要求1-3任一项所述的采集装置，其特征在于：

所述主控制器(1)还与定位机构(4)连接；

所述定位机构(4)，用于确定所述采集装置的位置信息和/或姿态信息；

所述主控制器(1)，还用于存储所述位置信息和/或所述姿态信息。

6.根据权利要求5所述的采集装置，其特征在于：

所述定位机构(4)还与所述距离采集机构(3)连接；

所述定位机构(4)，还用于向所述距离采集机构(3)发送时间信息；

所述距离采集机构(3)，用于根据所述时间信息确定所述距离。

7.根据权利要求6所述的采集装置，其特征在于：

所述定位机构(4)为GPS定位系统。

8.根据权利要求1-3、6、7任一项所述的采集装置，其特征在于：

所述彩色图像采集机构(5)为相机(51)。

9.根据权利要求1-3、6、7任一项所述的采集装置，其特征在于：

所述主控制器(1)为单片机。

10.一种基于无人机飞行平台的激光雷达作业装置，其特征在于，包括：

如权利要求1至9任一项所述的采集装置；以及飞行控制系统(6)；

所述飞行控制系统(6)，用于通过所述主控制器(1)设置所述距离采集机构(3)的采集参数和所述彩色图像采集机构(5)的采集参数；

所述主控制器(1)，还用于向所述飞行控制系统(6)反馈所述距离采集机构(3)的测量距离。

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