激光扫描方法及系统与流程

1.本发明涉及电子信息技术领域，具体而言，涉及一种激光扫描方法及系统。


背景技术：

2.在相关技术中，针对树木生长情况对输电线的安全影响，通常采用人工巡视观测或采用在输电线附近固定架设摄像头进行观测的方法，但上述人工巡视观测方法太过耗费人力资源，且观测结果也不够及时准确，而上述固定架设摄像头的方法也无法准确分别树木顶端到输电线的距离，观测结果的精度也不够。
3.因此，在相关技术中，存在激光扫描结果不够精准、难以及时准确地预测树木生长情况对输电线的安全影响的技术问题。
4.针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种激光扫描方法及系统，以至少解决激光扫描结果不够精准、难以及时准确地预测树木生长情况对输电线的安全影响的技术问题。
6.根据本发明实施例的一个方面，提供了一种激光扫描方法，包括：采用激光发射装置产生原始激光；采用第一固定反射镜将原始激光反射到激光扫描装置；采用激光扫描装置将接收到的原始激光反射到目标物体表面，得到初始激光扫描结果；采用第二固定反射镜将初始激光扫描结果反射到仿生成像透镜；采用仿生成像透镜对初始激光扫描结果进行反射，得到目标激光扫描结果，其中，仿生成像透镜采用蜻蜓仿生复眼结构；采用光线信息处理装置接收来自仿生成像透镜的目标激光扫描结果，并对目标激光扫描结果进行处理，得到目标物体的目标激光信息。
7.可选的，采用激光发射装置产生原始激光，包括：基于目标物体的尺寸及位置，控制激光发射装置按照预定输出频率产生原始激光。
8.可选的，激光扫描装置包括：x轴扫描镜，y轴扫描镜和激光扫描结果处理器，其中，采用激光扫描装置将接收到的原始激光反射到目标物体表面，得到初始激光扫描结果，包括：利用x轴扫描镜接收原始激光，并通过以第一旋转轴为旋转中心旋转x轴扫描镜，将原始激光按照第一预定轨迹反射到目标物体表面，得到目标物体在预定x轴方向上的第一激光扫描结果；利用y轴扫描镜接收原始激光，并通过以第二旋转轴为旋转中心旋转y轴扫描镜，将原始激光按照第二预定轨迹反射到目标物体表面，得到目标物体在预定y轴方向上的第二激光扫描结果；利用激光扫描结果处理器基于第一激光扫描结果和第二激光扫描结果，得到初始激光扫描结果。
9.可选的，上述方法还包括：对目标激光信息进行处理，生成目标物体的三维点云扫描图。
10.可选的，目标物体为树木，上述方法还包括：基于三维点云扫描图，预测得到目标物体的最高点位置到预定输电线的距离小于预定报警距离时的时刻。
11.根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种激光扫描系统，包括：激光发射装置，激光扫描装置，第一固定反射镜，第二固定反射镜，仿生成像透镜，光线信息处理装置，其中，激光发射装置，用于产生原始激光；第一固定反射镜，用于将原始激光反射到激光扫描装置；激光扫描装置，用于将接收到的原始激光反射到目标物体表面，得到初始激光扫描结果；第二固定反射镜，用于将初始激光扫描结果反射到仿生成像透镜；仿生成像透镜采用蜻蜓仿生复眼结构，用于对初始激光扫描结果进行反射，得到目标激光扫描结果；光线信息处理装置，用于接收来自仿生成像透镜的目标激光扫描结果，并对目标激光扫描结果进行处理，得到目标物体的目标激光信息。
12.可选的，激光发射装置包括：激光器和控制器，其中，控制器，用于基于目标物体的尺寸及位置，控制激光器按照预定输出频率产生原始激光。
13.可选的，激光扫描装置包括：x轴扫描镜，y轴扫描镜和激光扫描结果处理器，其中，x轴扫描镜，用于接收原始激光，并通过以第一旋转轴为旋转中心旋转，将原始激光按照第一预定轨迹反射到目标物体表面，得到目标物体在预定x轴方向上的第一激光扫描结果；y轴扫描镜，用于接收原始激光，并通过以第二旋转轴为旋转中心旋转，将原始激光按照第二预定轨迹反射到目标物体表面，得到目标物体在预定y轴方向上的第二激光扫描结果；激光扫描结果处理器用于基于第一激光扫描结果和第二激光扫描结果，得到初始激光扫描结果。
14.可选的，上述系统还包括：激光信息处理装置，用于对目标激光信息进行处理，生成目标物体的三维点云扫描图。
15.可选的，目标物体为树木，上述系统还包括：预测装置，用于基于三维点云扫描图，预测目标物体的最高点位置到预定输电线的距离小于预定报警距离的时刻。
16.在本发明实施例中，采用基于蜻蜓复眼仿生镜头技术进行三维激光扫描的方式，通过采用激光发射装置产生原始激光，利用第一固定反射镜将原始激光反射到激光扫描装置，由激光扫描装置将该原始激光反射到目标物体的表面，经过目标物体表面反射得到初始激光扫描结果，该初始激光扫描结果会经第二固定反射镜反射到仿生成像透镜，由于该仿生成像透镜采用了蜻蜓仿生复眼结构，因此可以借助该仿生成像透镜对接收到的初始激光扫描结果进行不同角度的激光反射，消除激光在反射过程中由反射角度引起的误差，并增加每个激光点的数据获取量，得到目标激光扫描结果，再利用光线信息处理装置对该目标激光扫描结果进行处理，将光信号处理为电信号，得到目标物体的目标激光信息，达到了对远距离细小物体的数据进行更加精准的数据采集的目的，从而实现了提高三维激光扫描结果精确度，并基于上述三维激光扫描方法对树木生长情况对输电线的安全影响进行准确、及时的预测的技术效果，进而解决了激光扫描结果不够精准、难以及时准确地预测树木生长情况对输电线的安全影响的技术问题。
附图说明
17.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
18.图1是根据本发明实施例的激光扫描方法的流程图；
19.图2是根据本发明实施例提供的激光扫描系统的结构示意图；
20.图3是根据本发明可选实施方式提供的基于蜻蜓复眼仿生镜头技术用于输电测距的三维激光扫描系统的示意图；
21.图4是根据本发明可选实施方式提供的激光发射器的示意图；
22.图5是根据本发明可选实施方式提供的仿生成像透镜6的示意图。
具体实施方式
23.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
24.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
25.根据本发明实施例，提供了一种激光扫描的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
26.图1是根据本发明实施例的激光扫描方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：
27.步骤s102，采用激光发射装置产生原始激光；
28.步骤s104，采用第一固定反射镜将原始激光反射到激光扫描装置；
29.步骤s106，采用激光扫描装置将接收到的原始激光反射到目标物体表面，得到初始激光扫描结果；
30.步骤s108，采用第二固定反射镜将初始激光扫描结果反射到仿生成像透镜；
31.步骤s110，采用仿生成像透镜对初始激光扫描结果进行反射，得到目标激光扫描结果，其中，仿生成像透镜采用蜻蜓仿生复眼结构；
32.步骤s112，采用光线信息处理装置接收来自仿生成像透镜的目标激光扫描结果，并对目标激光扫描结果进行处理，得到目标物体的目标激光信息。
33.通过上述步骤，采用基于蜻蜓复眼仿生镜头技术进行三维激光扫描的方式，通过采用激光发射装置产生原始激光，利用第一固定反射镜将原始激光反射到激光扫描装置，由激光扫描装置将该原始激光反射到目标物体的表面，经过目标物体表面反射得到初始激光扫描结果，该初始激光扫描结果会经第二固定反射镜反射到仿生成像透镜，由于该仿生成像透镜采用了蜻蜓仿生复眼结构，因此可以借助该仿生成像透镜对接收到的初始激光扫描结果进行不同角度的激光反射，消除激光在反射过程中由反射角度引起的误差，并增加
每个激光点的数据获取量，得到目标激光扫描结果，再利用光线信息处理装置对该目标激光扫描结果进行处理，将光信号处理为电信号，得到目标物体的目标激光信息，达到了对远距离细小物体的数据进行更加精准的数据采集的目的，从而实现了提高三维激光扫描结果精确度，并基于上述三维激光扫描方法对树木生长情况对输电线的安全影响进行准确、及时的预测的技术效果，进而解决了激光扫描结果不够精准、难以及时准确地预测树木生长情况对输电线的安全影响的技术问题。
34.需要说明的是，在本实施例中所采用的蜻蜓仿生复眼结构的仿生成像透镜，可以对接收到的，尤其是从多角度反射过来的光线进行全方位、多角度的采集，例如，对于不同角度入射的激光，该仿生成像透镜基于其蜻蜓仿生复眼结构可以在透镜表面形成不同角度的激光，同时产生光斑的相位差，增加每个激光点的数据获取量，减少丢点或错误点的概率，消除误差，使得对于远距离细小物体的数据采集更加精准，提高数据的准确性。
35.需要说明的是，本实施例中的光线信息处理装置(例如，可以是线阵ccd(线阵电荷耦合元器件))，可以接收来自仿生成像透镜的激光，初始激光扫描结果经仿生成像透镜反射得到目标激光扫描结果时，如上所述，会产生光斑的相位差，从而形成一束小光斑找到线阵ccd上，形成激光光斑图像点的采集，利用该线阵ccd可以完成对光线的收集，并将光信号转换成电信号，以便用于之后的信号分析。
36.作为一种可选的实施例，采用激光发射装置产生原始激光，包括：基于目标物体的尺寸及位置，控制激光发射装置按照预定输出频率产生原始激光。对于不同距离、不同大小的目标物体，可以通过调整用于扫描的激光的频率来保证获取的激光扫描结果的准确性，例如，对于尺寸越小、距离激光发射装置、激光扫描装置等越远的物体，可以将原始激光的频率适当调高，以保证数据的采集精度，降低误差。
37.作为一种可选的实施例，激光扫描装置包括：x轴扫描镜，y轴扫描镜和激光扫描结果处理器，其中，采用激光扫描装置将接收到的原始激光反射到目标物体表面，得到初始激光扫描结果，包括：利用x轴扫描镜接收原始激光，并通过以第一旋转轴为旋转中心旋转x轴扫描镜，将原始激光按照第一预定轨迹反射到目标物体表面，得到目标物体在预定x轴方向上的第一激光扫描结果；利用y轴扫描镜接收原始激光，并通过以第二旋转轴为旋转中心旋转y轴扫描镜，将原始激光按照第二预定轨迹反射到目标物体表面，得到目标物体在预定y轴方向上的第二激光扫描结果；利用激光扫描结果处理器基于第一激光扫描结果和第二激光扫描结果，得到初始激光扫描结果。
38.在利用x轴扫描镜扫描获取目标物体在预定x轴方向上的第一激光扫描结果时，先由x轴扫描镜接收原始激光，并将原始激光反射到目标物体的表面，根据实际应用需要，该反射过程可以借助固定反射镜实现，同时，x轴扫描镜可以以第一旋转轴为旋转中心进行旋转，以实现通过调整原始激光对固定反射镜的入射角度来调整原始激光反射到目标物体表面时的入射角度以及入射点位置，达到令原始激光按照预定x轴方向在目标物体的表面移动，以得到目标物体在预定x轴方向上的第一激光扫描结果。利用y轴扫描镜扫描获取目标物体在预定y轴方向上的第二激光扫描结果时与上述内容同理，在此不再赘述。在得到第一激光扫描结果和第二激光扫描结果后，就可以基于上述两种激光扫描结果得到初始激光扫描结果。
39.需要说明的是，为了保证第一激光扫描结果和第二激光扫描结果的完整获取，可
以按照预定的扫描路径进行扫描，例如，当x轴扫描镜转动时，y轴扫描镜不动，这时激光通过x轴扫描镜，经过固定反射镜和y轴扫描镜的反射在目标物体表面进行x轴扫描；当y轴扫描镜转动时，x轴扫描镜不动，这时激光通过x轴扫描镜和固定反射镜的反射，经过y轴扫描镜的扫描在目标物体表面进行y轴扫描。
40.作为一种可选的实施例，上述方法还包括：对目标激光信息进行处理，生成目标物体的三维点云扫描图。在得到目标激光信息之后，还可以通过利用解算软件结合激光扫描的路线和激光点的距离以及时间信息(例如，激光在反射过程中的耗时)，就可以通过二维激光信息重建得到目标物体的三维点云扫描图，其中，上述的每一个激光点都可以获取目标物体的精确的距离参数和位置参数。
41.作为一种可选的实施例，目标物体为树木，上述方法还包括：基于三维点云扫描图，预测得到目标物体的最高点位置到预定输电线的距离小于预定报警距离时的时刻。
42.种植在输电线路附近的树木，在其生长过程中可能会对输电线路产生安全影响，例如，若树木生长过高，其树冠与输电线接触可能会影响输电线放电进而引起火灾，但在相关技术中并没有针对这一问题的高效解决办法。
43.针对上述问题，基于本实施例上述的激光扫描方法，在得到高精度的目标激光信息并依据目标激光信息生成三维点云扫描图之后，就可以利用三维点云扫描图对树木最高点位置到预定的输电线的距离或树冠之间的距离进行计算，也可以基于距离计算结果预测出该树木何时会对预定输电线路产生安全影响。例如，可以在输电线附近的某一位置处固定架设本实施例中的上述各装置，基于树木生长规律对作为目标物体的树木按照预定的频率进行激光扫描，例如，1月份可以每月扫描一次，2月份可以每月扫描两次，等等，随着树木生长速度增加，适当提高激光扫描的频率，基于每次激光扫描后得到的目标激光信息及三维点云扫描图，就可以根据该树木顶端至预定输电线的距离的变化情况，预测出该树木何时会对预定输电线路产生安全影响。而在得到预测结果之后，可以对该树木的最高点位置到预定输电线的距离小于预定报警距离时的时刻进行显示，也可以利用报警装置对该树木的生长情况以及造成的安全影响进行远程报警。
44.根据本发明实施例，还提供了一种激光扫描系统，图2是根据本发明实施例提供的激光扫描系统的结构示意图，如图2所示，该系统包括：激光发射装置21，激光扫描装置22，第一固定反射镜23，第二固定反射镜24，仿生成像透镜25，光线信息处理装置26，下面对该系统进行说明。
45.激光发射装置21，用于产生原始激光；第一固定反射镜22，用于将原始激光反射到激光扫描装置；激光扫描装置23，用于将接收到的原始激光反射到目标物体表面，得到初始激光扫描结果；第二固定反射镜24，用于将初始激光扫描结果反射到仿生成像透镜；仿生成像透镜25采用蜻蜓仿生复眼结构，用于对初始激光扫描结果进行反射，得到目标激光扫描结果；光线信息处理装置26，用于接收来自仿生成像透镜的目标激光扫描结果，并对目标激光扫描结果进行处理，得到目标物体的目标激光信息。
46.作为一种可选的实施例，激光发射装置21包括：激光器和控制器，其中，控制器，用于基于目标物体的尺寸及位置，控制激光器按照预定输出频率产生原始激光。
47.作为一种可选的实施例，激光扫描装置23包括：x轴扫描镜，y轴扫描镜和激光扫描结果处理器，其中，x轴扫描镜，用于接收原始激光，并通过以第一旋转轴为旋转中心旋转，
将原始激光按照第一预定轨迹反射到目标物体表面，得到目标物体在预定x轴方向上的第一激光扫描结果；y轴扫描镜，用于接收原始激光，并通过以第二旋转轴为旋转中心旋转，将原始激光按照第二预定轨迹反射到目标物体表面，得到目标物体在预定y轴方向上的第二激光扫描结果；激光扫描结果处理器用于基于第一激光扫描结果和第二激光扫描结果，得到初始激光扫描结果。
48.作为一种可选的实施例，上述系统还包括：激光信息处理装置，用于对目标激光信息进行处理，生成目标物体的三维点云扫描图。
49.作为一种可选的实施例，目标物体为树木，上述系统还包括：预测装置，用于基于三维点云扫描图，预测目标物体的最高点位置到预定输电线的距离小于预定报警距离的时刻。
50.基于上述实施例及具体实施例，本发明提出一种可选实施方式，下面进行说明。
51.本发明可选实施方式提出一种基于蜻蜓复眼仿生镜头技术用于输电测距的三维激光扫描系统，可以直接测量输电线路和线路下树木尤其是树冠之间的距离，能够观测树木生长情况并且及时准确测量树线距离(树冠顶端与输电线之间的距离)，具备远程报警功能的输电线路树线矛盾远程智能识别系统。
52.图3是根据本发明可选实施方式提供的基于蜻蜓复眼仿生镜头技术用于输电测距的三维激光扫描系统的示意图，图4是根据本发明可选实施方式提供的激光发射器的示意图，如图3和图4所示，该系统包括：激光器10、电源11、控制器12、激光发射头13、固定反射镜2、固定反射镜5、x轴扫描镜3、y轴扫描镜4、仿生成像透镜(复眼镜头)6、线阵ccd7，其中，图3中还示出了出射激光示意线8以及入射激光示意线9。
53.激光通过激光发射头13输出，经过x轴扫描镜3进入固定反射镜5，并通过固定反射镜5进入y轴扫描镜4，照射到目标物体表面，目标物体反射的激光光束，通过固定反射镜2，再经过x轴扫描镜3，进入仿生成像透镜(复眼镜头)6，不同角度入射的激光，图5是根据本发明可选实施方式提供的仿生成像透镜6的示意图，如图5所示，复眼镜头不同透镜表面形成不同角度的激光，同时产生光斑的相位差，从而形成一束小光斑照到线阵ccd7上，形成激光光斑图像点的采集。
54.通过系统设定的扫描路径，当x轴扫描镜3转动时，y轴扫描镜4不动，这时激光通过x轴扫描镜3，经过固定反射镜5和y轴扫描镜4的反射在目标物表面进行x轴扫描，当x轴扫描镜3不动时，y轴扫描镜4转动，这时激光通过x轴扫描镜3和固定式反射镜5的反射，经过y轴扫描镜4的扫描在目标物表面进行y轴扫描。
55.照射在目标物表面不同位置的激光，经过反射通过仿生成像透镜(复眼镜头)后，光斑被进一步分解，可以清楚获取该电的准确信息，目标物不同位置反射回来的光斑，不同时间在线阵ccd上被接受并采集，就形成了不同的激光点位信息，在通过解算软件结合激光扫描的路线和激光点的距离以及时间信息，就可以得到目标物的点云扫描图。这里每一个激光点都可以获取精确地距离参数和位置参数。
56.综上，本发明可选实施方式提出的一种基于蜻蜓复眼仿生镜头技术用于输电测距的三维激光扫描系统，可实现对树木生长情况的及时准确观测并且及时准确测量树线距离，具备远程报警功能的输电线路树线矛盾远程智能识别系统。不同于常规的三维扫描系统，本发明可选实施方式采用了基于蜻蜓复眼的仿生复眼结构设计的成像透镜系统对于反
射回来的，尤其是多角度反射回来的光线可以进行全方位多角度的采集，增加每个激光点的数据获取量，减少丢点和错误点的概率，对于远距离细小物体的数据采集更精准，提高数据的准确性。可以简单获取输电线路和线路下树木尤其是超高树枝之间的距离参数，操作简单方便，省时省力，尤其适用于远距离复杂场景下树线距离的实时测量，应用前景广泛。
57.上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
58.在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
59.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
60.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
61.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
62.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
63.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。