CN109239725A - 基于激光测距装置的地图测绘方法及终端 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测绘技术领域，尤其涉及基于激光测距装置的地图测绘方法及终端。基于激光测距装置的地图测绘方法，包括：获得摄像装置采集的待测绘区域的影像数据和摄像装置采集影像数据时的空间位置信息和姿态信息；获得激光测距装置采集的待测绘区域的距离数据，激光测距装置包括多个激光测距传感器，多个激光测距传感器呈线状、周向或阵列分布，变换激光测距装置的姿态获得激光测距装置在待测绘区域中采集的多个方位的距离数据，根据多个方位的距离数据获得待测绘区域的激光点云数据；基于空间位置信息和姿态信息将激光点云数据与影像数据进行数据融合，以确定待测绘区域的三维测绘地图。本发明提供的方案，能准确获得待测绘区域的三维测绘地图。

Description

基于激光测距装置的地图测绘方法及终端

技术领域

本发明涉及测绘技术领域，具体而言，本发明涉及基于激光测距装置的地图测绘方法及终端。

背景技术

随着科技的发展，飞行器，例如无人机等，在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄等等领域得到广泛的应用。在飞行器进行植保作业时，掌握待作业区域的情况，如农作物或农害等的分布密度能够预先控制液体的喷洒量及药液浓度，实现更有效率的作业，这就需要获取待作业区域的测绘地图。

现有技术中，往往通过作业人员进行现场测绘，该种方式的人力成本高，不适合大面积作业区域的测绘。随着高清相机和无人机技术的发展，还可以通过飞行器携带至少一个相机获取待测绘区域的影像，然后将获取的数据离线处理得到测绘结果，该方法一般需要一个小时后才能够获得结果，无法保证该测绘地图的精准有效性。而且，无人机在飞行过程中姿态变化较快，利用无人机飞行过程中采集的影像数据作为测绘基础，会造成较大的测量误差及***资源的浪费。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是解决现有技术中存在的测绘地图测量误差大的问题。

本发明实施例首先提供了一种基于激光测距装置的地图测绘方法，包括：

获得摄像装置采集的待测绘区域的影像数据和所述摄像装置采集所述影像数据时的空间位置信息和姿态信息；

获得激光测距装置采集的待测绘区域的距离数据，所述激光测距装置包括多个激光测距传感器，所述多个激光测距传感器呈线状、周向或阵列分布，变换所述激光测距装置的姿态获得所述激光测距装置在所述待测绘区域中采集的多个方位的距离数据，根据所述多个方位的距离数据获得待测绘区域的激光点云数据；

基于所述空间位置信息和姿态信息将所述激光点云数据与影像数据进行数据融合，以确定所述待测绘区域的三维测绘地图。

优选地，所述激光测距传感器的测距方向为向地方向，所述多个激光测距传感器按照预设角度和/或预设距离分布。

优选地，所述变换所述激光测距装置的姿态获得所述激光测距装置在所述待测绘区域中采集的多个方位的距离数据的步骤包括：

变换所述激光测距装置的姿态，获得所述影像数据所对应范围内目标对象的距离数据；

基于所述目标对象的距离数据获得待测绘区域中目标对象的激光点云数据。

优选地，所述变换所述激光测距装置的姿态的步骤包括：

旋转和/或摇摆和/或平移所述激光测距装置，所述待测绘区域中采集的多个方位的距离数据。

优选地，所述基于所述空间位置信息和姿态信息将所述激光点云数据与影像数据进行数据融合，以确定所述待测绘区域的三维测绘地图的步骤，包括：

基于所述空间位置信息与姿态信息，确定所述影像数据与所述待测绘区域所在的平面坐标系的投影关系；

将所述激光点云数据与所述影像数据进行数据融合，生成所述影像数据所在平面坐标系下的三维点云数据，结合所述影像数据与所述待测绘区域所在的平面坐标系的投影关系，获得所述待测绘区域的三维测绘地图。

优选地，所述获得摄像装置采集的待测绘区域的影像数据的步骤，包括：

当所述摄像装置采集到多帧非完整待测绘区域的影像数据时，结合所述摄像装置采集所述非完整待测绘区域的空间位置信息和姿态信息，拼接所述多帧非完整待测绘区域的影像数据形成待测绘区域的完整影像数据。

优选地，所述获得摄像装置采集所述影像数据时的空间位置信息与姿态信息的步骤，包括：

获取所述摄像装置采集所述影像数据时的经纬度信息及高程信息；

获取采集所述影像时所述摄像装置的朝向、摄像装置与所述待测绘区域所在平面和/或所在平面的垂直面之间的夹角。

优选地，将所述激光点云数据与所述影像数据进行数据融合，生成所述影像数据所在的平面坐标系下的三维点云数据的步骤，包括：

将影像数据和激光点云数据根据时间戳进行匹配，计算出每帧影像数据所对应的激光点云数据的帧号，得到每帧激光点云数据的在影像数据所在平面坐标系中的位置信息；

将激光点云数据中的特征点与所述影像数据中的每个像素点特征匹配，得到每个所述影像数据中各特征点的三维点云数据。

进一步地，本发明实施例还提供了一种基于激光测距装置的地图测绘方法，该方法是在激光测距装置的载体端执行，包括：

控制机体悬停于待测绘区域上方预设高度位置处，以获得装载的摄像装置发送的所述待测绘区域的影像数据；

接收到装载的激光测距装置开始采集待测绘区域中目标对象的距离数据的信号，以预设方式变换激光测距装置的姿态以获得待测绘区域中所述影像数据对应区域的激光点云数据。

进一步地，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序执行时实现上述任意一项所述的地图测绘方法的步骤。

进一步地，本发明实施例还提供了一种终端，包括处理器、存储器、所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述任一项所述的地图测绘方法的步骤。

进一步地，本发明实施例还提供了一种移动装置，包括：通信模块与定位模块，以及上述的计算机可读存储介质或如上述的终端；

所述通信模块，用于与外部装置进行通信；

所述定位模块，用于确定摄像装置采集影像数据时的空间位置信息和姿态信息。

更进一步地，本发明实施例还提供了一种航空器，包括：

航空器本体；

激光测距装置，用于采集待测绘区域的激光点云数据；

摄像装置，用于采集待测绘区域的影像数据；

定位模块，用于确定摄像装置采集图像时的空间位置信息和姿态信息；

控制单元，用于接收激光测距装置发送的距离数据，基于所述距离数据获得待测绘区域的激光点云数据，接收摄像装置发送的影像数据，接收定位模块发送的空间位置信息和姿态信息，以确定待测绘区域的三维空间测量数据，绘制三维地图。

本发明实施例提供的基于激光测距装置的地图测绘方法，基于变换激光测距装置获得激光点云数据，变换激光测距装置的扫描姿态获得待测绘区域多方位的距离数据，进而有利于获得准确的激光点云数据，为准确地获得待测绘区域的测绘地图奠定基础。而且，本方案融合了激光测距装置采集的激光点云数据与摄像装置采集的影像数据，与单独利用影像数据或单独利用激光点云数据获取待测绘区域的三维测绘地图的方案相比，提高了获取待测绘区域测绘地图的准确性和测绘效率，降低时间和人力成本，提高了待测绘区域测绘地图的绘制精度，提升用户体验。

本发明实施例提供的基于激光测距装置的地图测绘方法，利用多个呈线状、周向或阵列分布的激光传感器采集待测绘区域中目标对象的距离数据，进而获得待测绘区域的激光点云数据，在这个过程中，激光测距装置的载体可以停在某一位置处通过变换激光测距装置的扫描姿态即能得到较大面积的距离数据，降低了因采集环境变化引起的激光点云数据采集误差，有利于提高采集效率和激光点云数据的准确性，且降低了所述载体持续前行的能量消耗。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明一实施例提供的基于激光测距装置的地图测绘方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例提供的变换激光测距装置的姿态获得所述激光测距装置在所述待测绘区域中采集的多个方位的距离数据的步骤的流程示意图；

图3为本发明一实施例提供的获得摄像装置采集所述影像数据时的空间位置信息与姿态信息的步骤的流程示意图；

图4为本发明一实施例提供的基于所述空间位置信息和姿态信息将所述激光点云数据与影像数据进行数据融合，以确定所述待测绘区域的三维测绘地图的步骤的流程示意图；

图5为本发明一实施例提供的基于所述空间位置信息与姿态信息，确定所述影像数据与所述待测绘区域所在的平面坐标系的投影关系的步骤的流程示意图；

图6为本发明一实施例提供的将所述激光点云数据与所述影像数据进行数据融合，生成所述影像数据所在的平面坐标系下的三维点云数据的步骤的流程示意图；

图7为本发明实施例提供的适于在激光测距装置的载体端执行的基于激光测距的地图测绘方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

下面对本发明所提供的技术方案的具体实施方式进行详细介绍。

本发明实施例提供的一种基于激光测距装置的地图测绘方法，包括：S110、S120、S130，其流程示意图如图1所示。

S110，获得摄像装置采集的待测绘区域的影像数据和所述摄像装置采集所述影像数据时的空间位置信息和姿态信息；

S120，获得激光测距装置采集的待测绘区域的距离数据，所述激光测距装置包括多个激光测距传感器，所述多个激光测距传感器呈线状、周向或阵列分布，变换所述激光测距装置的姿态获得所述激光测距装置在所述待测绘区域中采集的多个方位的距离数据，根据所述多个方位的距离数据获得测绘区域的激光点云数据；

S130，基于所述空间位置信息和姿态信息将所述激光点云数据与影像数据进行数据融合，以确定所述待测绘区域的三维测绘地图。

获取摄像装置采集待测绘区域的影像，可以是一帧影像完成完整的待测绘区域的采集，也可以是多帧影像完成对完整待测绘区域的采集，所述多帧影像可以有交叉重叠区域。

值得说明的是，步骤S110与步骤S120无严格顺序限制，可以先获得激光测距装置采集的待测绘区域的距离数据，变换激光测距装置采集距离数据的姿态，获得待测绘区域的激光点云数据，再结合获取的待测绘区域的影像数据获得待测绘区域的测绘地图，无论何种获得顺序均不影响后续待测绘区域的测绘地图的获取。

优选地，实时获取并处理接收到的激光点云数据、影像数据、空间位置信息与姿态信息，以保证生成的三维测绘地图实时有效，降低获得待测绘区域测绘地图的时间成本，提高用户体验。本发明实施例基于待测绘区域的影像数据和激光点云数据获得待测绘区域的三维测绘地图，融合了激光点云数据和摄像数据，与仅依据待测绘区域的影响数据获取待测绘区域的测绘地图相比，获得的待测绘区域地图更为精准快捷，为基于该待区域精准测绘地形的其他作业提供便利。

在一种实施例中，所述激光测距装置包括多个激光测距传感器，所述多个激光测距传感器呈线性、周向或阵列分布。所述激光测距装置的载体形状不限，所述多个激光测距传感器优选为多个单点激光测距传感器，所述多个单点激光测距传感器优选按照预设角度和/或预设距离分布，当所述预设角度和/或预设距离是固定值时，所述多个单点激光测距传感器为均匀分布，该角度和/或距离可以根据实际应用情况确定。

在一种实施例中，所述多个激光测距传感器呈线性分布，如激光测距装置包含有13个单点激光测距传感器，该13个单点激光测距传感器均匀分布、且以最中心的单点激光测距传感器为中心，分布在两侧的传感器以0.5度的间隔增加，所述多个激光测距传感器的测距方向为向地方向。

在一种实施例中，当所述载体为无人机时，所述激光测距传感器周向分布在无人机的下底盘上，例如在螺旋桨下方设置，所述激光测距传感器可以中心对称设置，例如对于四旋翼的无人机，各个激光测距传感器在下底盘上的位置点连接起来可以呈正方形，对于六旋翼的无人机，各个激光测距传感器在下底盘上的位置点连接起来是正六边形。

在一种实施例中，所述激光测距传感器呈阵列式分布，例如当所述载体为无人机时，所述激光测距传感器呈点阵式分布于无人机的下底盘上，例如可以激光测距传感器的位置点可以呈8行8列的均匀分布。

所述多个激光测距传感器呈周向或阵列分布，但所述激光测距传感器载体的形状不限，如条状、面状、圆柱状等任意多面体形状。以所述载体为条状为例，在所述条状激光测距装置的轴向和/或周向上设置激光测距传感器，则所述激光测距传感器呈线状、周向或阵列分布，具体包括如下情形：

在条状激光测距装置的轴向上设置激光测距传感器，获得激光测距装置所对应的线状区域内目标作业对象的距离数据。

在条状激光测距装置的周向设置激光测距传感器，该激光测距装置与其载体之间的连接方向与轴向设置的连接方式不同，若轴向设置的方式中，所述条状激光测距装置与所述待测绘区域所在平面平行，周向设置的方式中，所述条状激光测距装置与所述待测绘区域所在平面垂直，获得的是条状激光测距装置的横截面所对应区域内的目标作业对象的距离数据。

在条状测距装置的轴向和周向上设置激光测距传感器，该测距装置为阵列激光测距装置，在不变换激光测距装置时，也能获得阵列激光测距装置对应的阵列形式的区域内目标对象的距离数据。

所述激光测距装置设为线状、周向或阵列分布，与单点状的激光测距装置相比，单位时间内能够测得更多区域的点云数据。所述激光测距传感器的测距方向为向地方向，有利于提高激光测距传感器测得的数据的可用率，多个激光测距传感器按照预设角度和/或预设距离分布，所述预设角度和预设距离根据实际情况而定，实现灵活调节激光测距传感器，获得不同的扫描密度。

一种实施例中，获得摄像装置采集的待测绘区域的影像数据的步骤，包括：所述摄像装置按照预设的朝向及采集角度采集待测绘区域的影像数据。所述高度可以根据摄像装置的分辨率、激光测距装置的量程等参数调整。

一种实施例中，变换所述激光测距装置的姿态获得所述激光测距装置在所述待测绘区域中采集的多个方位的距离数据的步骤，其流程示意图如图2所示，包括如下步骤：

S610，变换所述激光测距装置的姿态，获得所述影像数据所对应范围内目标对象的距离数据；

S620，基于所述目标对象的距离数据获得待测区域中目标对象的激光点云数据。

一种实施例中，所述激光测距装置包括多个激光测距传感器，所述多个激光测距传感器呈线性或周向分布，以所述激光测距装置的固定点为中心旋转或摇摆所述激光测距装置，获得已采集的影像数据对应的距离数据。

当一束激光照射到物体表面时，激光测距传感器可以根据反射激光的激光反射强度及反射时间确定目标物的位置、距离等信息，若将激光束按照某种轨迹进行扫描，激光测距传感器在发出激光的同时记录反射的激光点信息，激光测距装置包括多个单点激光测距传感器，所述多个单点激光测距传感器按照设置的频率同时工作，能够得到大量的激光点信息，形成激光点云数据。所述的激光点云数据可以通过物体表面各个采集点与激光测距传感器的距离计算得到，根据该距离结合激光测距传感器的高度信息、姿态信息等可以获取各个采集点相对于地平面的高度信息。

一种实施例中，所述变换所述激光测距装置的姿态的步骤包括：旋转和/或摇摆和/或平移所述激光测距装置，以采集所述待测绘区域中多个方位的距离数据。

一种实施例中，所述激光测距装置的固定点仅有一个时，如激光测距装置的一端固接于其载体上，或激光测距装置的中心点与激光测距装置的载体固接或套接，以所述激光测距装置的固定点为中心旋转扫描，所述激光测距装置的载体可以利用自身旋转带动激光测距装置变换扫描姿态，或者激光测距装置的载体不旋转，利用载体上的旋转装置带动套接于所述旋转装置上的激光测距装置变换扫描姿态，获得待测绘区域中目标作业对象多方位的距离数据。

所述激光测距装置的固定点多于一个时，如激光测距装置的两端枢接于激光测距装置的载体两处，激光测距装置的载体通过载体上的动力装置驱动与所述激光测距装置枢接的摇摆装置进行摇摆，所述摇摆装置带动与之联动的激光测距装置变换扫描姿态，获得待测绘区域中目标作业对象的距离数据。

一种实施例中，所述条状激光测距装置的周向上设置有激光测距传感器，以所述激光测距装置的轴心为中心旋转所述激光测距装置，获得已采集的影像数据对应的距离数据。具体地，条状激光测距装置与其载体通过连接件连接，所述连接件的两端分别与激光测距装置和激光测距装置的载体相连，所述连接件可以带动所述激光测距装置以其轴向为中心实现自转，也可以带动激光测距装置摆动，实现变换激光测距装置的扫描姿态，获得待测绘区域中目标作业对象的距离数据。

当然，当激光测距装置的载体采用边前行边扫描的方式也可以获得待测绘区域的激光点云数据，激光测距装置的载体带动激光测距装置从待作业区域的一侧向另一侧遍历扫描，获得待测绘区域中目标对象的距离数据。

一种实施例中，基于所述距离数据获得待测绘区域的激光点云数据的步骤，包括：

基于激光测距装置测得的距离数据获得待测绘区域中每个目标对象对应的激光点云数据，主要是由采集得到的距离数据，结合GPS或者RTK定位***处理结果数据，生成每个点的空间坐标，从而形成空间点云。有利于后续实现将影像数据每个像素点的像素灰度值赋值给相应的激光点云获得最终的待测绘区域的三维测绘地图。本发明实施例采用激光测距装置采集待测绘区域的激光点云数据的方案，无需所述激光测距装置的载体持续前行即能得到较大面积的激光点云数据，与所述载体持续前行采集待测绘区域的激光点云的方案相比，降低了激光点云数据采集过程中环境差异对激光点云数据采集的影响，有利于提高采集效率和激光点云数据的准确性，且降低了所述载体持续前行的能耗。

在一种实施例中，步骤S110中所述获得摄像装置采集所述影像数据时的空间位置信息与姿态信息的步骤，包括如下步骤，其流程示意图如图3所示。

S210，获取所述摄像装置采集所述影像数据时的经纬度信息及高程信息；

S220，获取采集所述影像时所述摄像装置的朝向、摄像装置与所述待测绘区域所在平面和/或所在平面的垂直面之间的夹角。

获取所述摄像装置采集所受影像数据时的空间位置信息和姿态信息，所述空间位置信息包括但不限于摄像装置离地的高度信息，所述姿态信息包括但不限于所述摄像装置的倾斜角度等，本领域内技术人员可以理解，根据所述摄像装置的空间位置信息和姿态信息可以得到摄像装置采集的影像数据与实际位置的映射关系，从而在采集影像数据时就能得到待测绘区域的平面影像信息。具体地，所述空间位置信息包括：摄像装置采集影像数据的经纬度、高程信息，所述高程信息包括采集摄像装置采集影像数据时距离待测绘区域所在平面的深度信息等，所述姿态信息包括所述摄像装置在采集影像数据时的朝向、所述摄像装置与所述待测绘区域所在平面的夹角或者所述摄像装置与所述待测绘区域所在平面的垂直面之间的夹角，如摄像装置采集了区域A的影像，通过图像识别、深度学***面坐标系上的空间位置信息。

所述摄像装置的经纬度信息可以通过所述摄像装置载体上的定位模块来获取，如GPS单元或RTK定位传感器确定摄像装置采集影像数据、激光测距装置采集激光点云数据时的经纬度，所述摄像装置的姿态信息可以通过所述摄像装置载体上的机身传感器获得。

一种实施例中，所述基于所述空间位置信息和姿态信息将所述激光点云数据与影像数据进行数据融合，以确定所述待测绘区域的三维测绘地图的步骤，包括如下步骤，其流程示意图如图4所示。

S310，基于所述空间位置信息与姿态信息，确定所述影像数据与所述待测绘区域所在的平面坐标系的投影关系；

S320，将所述激光点云数据与所述影像数据进行数据融合，生成所述影像数据所在平面坐标系下的三维点云数据；

S330，根据获得的所述三维点云数据结合所述影像数据与所述待测绘区域所在的平面坐标系的投影关系，获得所述待测绘区域的三维测绘地图。

值得说明的是，步骤S310与步骤S320之间并无严格的顺序关系，可以首先将所述激光点云数据与所述影像数据进行数据融合，生成所述影像数据所在平面坐标系下的三维点云数据，再根据所述摄像装置采集所述影像数据时的空间位置信息和姿态信息，确定所述影像数据与待测绘区域所在平面坐标系下的投影关系。

一种实施例中，所述基于所述空间位置信息与姿态信息，确定所述影像数据与所述待测绘区域所在的平面坐标系的投影关系的步骤，包括如下步骤，其流程示意图如图5所示。

S410，结合所述摄像装置的空间位置信息与姿态信息计算所述影像数据所在平面与所述待测绘区域所在平面之间的变换矩阵。

所述摄像装置的空间位置信息包括采集影像数据时所处的地理位置，如经纬度、高程信息。所述姿态信息包括摄像装置采集影像数据时的朝向及采集角度，所述朝向可以是任意朝向，可以与所述激光测距装置中任意单点激光测距传感器的朝向一致，本发明实施例优选所述摄像装置的朝向与所述摄像装置载体的前进方向一致，便于提前获取待测绘区域的影像数据。所述采集角度为摄像装置采集影像时与垂直地面的轴线或水平面之间的夹角，采集角度可以根据摄像装置的高度、摄像装置与待测绘区域的相对位置及摄像装置的分辨率调节。

若摄像装置的载体是飞行器，摄像装置的当前位置信息和姿态信息均可通过飞行器的飞控装置获取。

本实施例中所述待测绘区域所在平面优选为水平面。在本实施例中所述摄像装置的采集角度为摄像装置的中垂线与垂直地面的夹角a1，所述影像所在平面与所述摄像装置平行，则所述摄像装置的中垂线与所述影像所在的平面垂直。所述待测绘区域所在的平面为水平面，所述影像在所述待测绘区域所在平面上的投影为L区域，结合所述摄像装置的空间位置信息，尤其是距离地面的深度信息，及所述摄像装置的采集角度，计算出影像所在平面与所述待测绘区域所在平面之间的变换矩阵。所述变换矩阵可以为平面变换矩阵、仿射变换矩阵中的任一种。仿射变换在几何上可以理解为两个向量空间之间的一个仿射变换或者仿射映射。通过所述变换矩阵实现所述图像所在坐标系与所述待测绘区域所在坐标系之间的转换，两个坐标系之间的变换关系可以通过旋转矩阵和平移向量描述。

S420，基于所述变换矩阵利用投影变换确定所述影像数据所在平面与所述待测绘区域所在平面坐标系的投影关系。

所述投影变换能够将一种地图投影点的坐标变换为另一种地图投影点的坐标，建立所述影像所在平面与所述待测绘区域所在平面之间的投影关系。

所述投影关系是图像中的待测绘区域与所述影像拍摄区域的平面位置之间建立的联系，通过所述投影关系，将影像数据映射到待测绘区域的平面位置上，通过这种投影，能够在待测绘区域所在平面上直观地看到待测绘区域中影像的实际位置，为后续对待测绘区域进行地图测绘提供数据支撑。坐标转换是空间实体的位置描述，是从一种坐标***变换到另一种坐标***的过程。通过建立两个坐标***之间一一对应关系来实现。任意两空间坐标系的转换可以采用布尔莎模型进行求解，或者采用布尔莎公式。由于采集坐标系(即由采集***形成的坐标系)和大地坐标系(即待测绘区域的实际坐标系)采用不同的标准，首先要进行精确转换，必须知道至少3个重合点，即为在两坐标系中坐标均为已知的三个点，这三个点在两个坐标系中均为已知点，然后通过这三个点可以推算出坐标的映射关系，本领域内技术人员可以理解，可以通过识别一些目标对象，并获取这些对象在图像上和在大地坐标系上的坐标，然后获得空间坐标系之间的映射关系；也可以通过已知的摄像装置的安装角度，以及所述摄像装置的高度等信息，也可以直接得到两个空间坐标系的对应关系。

进一步地，当所述待测绘区域较大时，如一个牧场或几个山头，所述摄像装置无法通过一帧影像得到完整待测绘区域的影像数据，则可以通过摄像装置采集多帧非完整的待测绘区域的影像数据，结合所述摄像装置采集所述非完整待测绘区域的空间位置信息和姿态信息，拼接所述多帧非完整待测绘区域的影像数据形成待测绘区域的完整影像数据。

具体地，将拼接多帧非完整待测绘区域的影像数据形成待测绘区域的完整影像数据的步骤，包括：对所述多帧非完整待测绘区域的影像数据进行预处理，确定相邻非完整待测绘区域的影像数据中特征点之间的对应关系，对所述非完整待测绘区域的影像数据进行预拼接，具体地，对所述影像数据进行变换操作，如小波变换等，确定相邻影像数据重合的较精确位置，为确定特征点奠定基础。在基本重合位置确定之后提取特征点，通过对特征点进行分析确定相邻影像数据中特征点的对应关系。根据相邻非完整待测绘区域的影像数据中特征点之间的对应关系，建立相邻非完整待测绘区域的影像数据之间的数学变换模型，获取所述特征点之间对应关系可以通过SIFT、SURF、ORB等算法。根据所述数学转换模型，将待拼接所述非完整待测绘区域的影像数据转换到参考坐标系中，完成统一坐标变换。将转换到同一坐标系上的相邻所述非完整待测绘区域的影像数据的重合区域进行融合得到完整待测绘区域的影像数据。

一种实施例中，所述将所述激光点云数据与所述影像数据进行数据融合，生成所述影像数据所在的平面坐标系下的三维点云数据的步骤，包括如下步骤，其流程示意图如图6所示。

S510，将影像数据和激光点云数据根据时间戳进行匹配，计算出每帧影像数据所对应的激光点云数据的帧号，得到每帧激光点云数据的在影像数据所在平面坐标系中的位置信息；

S520，将激光点云数据中的特征点与所述影像数据中的每个像素点特征进行匹配，得到每个所述影像数据中各特征点的三维点云数据。

激光测距装置利用多个单点激光测距传感器获取待测绘区域的三维坐标，影像数据经过处理获得待测绘区域的纹理信息，每帧影像数据均对应有采集时间，即每帧影像数据均具有独特的时间戳，激光点云数据对应的距离信息也对应有采集时间，即激光点云数据也具有独特的时间戳。即影像数据和激光点云数据均与时间信息存在映射关系，因此首先通过所述影像数据、激光点云数据上的时间戳对影像数据和激光点云数据进行匹配，确定每帧影像数据所对应的激光点云数据的帧号，进而得到每帧激光点云数据在影像数据所在平面坐标系中的位置信息，该得到过程与根据S310提供的基于摄像装置采集所述影像数据时的空间位置信息与姿态信息，确定所述影像数据与所述待测绘区域所在的平面坐标系的投影关系的方案类似，在此不再赘述。

根据步骤S510将摄像装置获得的影像数据解算到与激光点云数据相同的坐标系下，将激光点云数据中的特征点与所述影像数据中的每个像素点特征进行匹配，实现将激光点云数据融合到影像数据中，得到每个所述影像数据中各特征点的三维点云数据。

本发明提供的基于激光测距装置的地图测绘方法，实现激光点云数据和影像数据的融合，且利用激光测距装置得到同一坐标系下高精度、高分辨率的点云数据，提高了测量的工作效率，测量数据的准确性。

本发明实施例提供的基于激光测距装置的地图测绘方法还能适用于无人机测绘、农林业调查监测等领域。

进一步地，本发明实施例还提供了一种适于在激光测距装置的载体端执行的基于激光测距的地图测绘方法，包括如下步骤，其流程示意图如图7所示，

S710，控制机体悬停于待测绘区域上方预设高度位置处，以获得装载的摄像装置发送的所述待测绘区域的影像数据；

S720，接收到装载的激光测距装置开始采集待测绘区域中目标对象的距离数据的信号，以预设方式变换激光测距装置的姿态以获得待测绘区域中所述影像数据对应区域的激光点云数据。

一种实施例中，若所述激光测距装置的载体为航空器，控制所述航空器携带激光测距装置飞到待测绘区域上方预设高度，保持悬停，所述预设高度根据需要的地面分辨率及激光测距装置的量程决定，按照上述激光测距装置的变换方案变换激光测距装置的扫描姿态，获得所述影像数据对应区域内的距离数据，进而获得待测绘区域的激光点云数据。若激光测距装置的载体为无人机，将激光测距装置的一端固定在无人机的机体上，将无人机悬停在待测绘区域上方，原地旋转一周，采集到以所述无人机为中心的圆形区域内目标对象的距离数据。若待测绘区域的区域较大，采用上述方法依次采集待测绘区域的所有区域内的距离数据，进而获得待测绘区域的激光点云数据。

进一步地，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序执行时实现上述任一项所述的基于激光测距装置的地图测绘方法的步骤。

所述计算机可读存储介质还用于存储激光点云数据、待测绘模块的影像数据、激光测绘装置及摄像装置在采集数据时的空间位置信息和姿态信息，以及各处理步骤产生的中间数据。

更进一步地，本发明实施例还提供了一种终端，包括处理器、存储器、所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述任一项所述的基于激光测距装置的地图测绘方法的步骤。

更进一步地，本发明实施例还提供了一种移动装置，包括通信模块与定位模块，以及上述任一技术方案所述的计算机可读存储介质或上述任一技术方案所述的终端，

所述通信模块，用于与外部装置进行通信；

所述定位模块，用于确定摄像装置采集影像数据时的空间位置信息和姿态信息。

所述外部装置包括地面控制装置等与所述移动装置建立通信通路的装置。

更进一步地，本发明实施例还提供了一种航空器，所述航空器包括：航空器本体；

激光测距装置，用于采集待测绘区域的激光点云数据；

摄像装置，用于采集待测绘区域的影像数据；

定位模块，用于确定摄像装置采集图像时的空间位置信息和姿态信息；

控制单元，用于接收激光测距装置发送的距离数据，基于所述距离数据获得待测绘区域的激光点云数据，接收摄像装置发送的影像数据，接受定位模块发送的空间位置信息和姿态信息，以确定待测绘区域的三维空间测量数据，绘制三维地图。

所述控制单元与所述激光测距装置、摄像装置及定位模块通过有线或无线的方式进行数据的传递。一种实施例中，控制单元将获得的距离数据、激光点云数据、空间位置信息和姿态信息发送给具有处理功能的终端或/和服务器中，在终端或/和服务器中实现三维测量数据，进而绘制三维地图。

所述摄像装置优选为至少一个高分辨率相机，用于采集激光点云数据采集范围内的数字高清正射影像，并将所述数字高清正射影像传送至控制单元，所述控制单元将测量过程中接收到的激光点云数据、影像数据发送至具有处理功能的终端或服务器端进行处理。当所述摄像装置包含多于一个高分辨率相机时，可以同时获取多个不同角度的影像数据，多个不同角度的影像数据进行拼接融合处理获取到待测绘区域的影像更加准确。

所述航空器为所述激光测距装置的载体，其上设有定位模块，所述定位模块还用于获取所述激光测距装置在采集激光点云数据时的空间位置信息和姿态信息，所述定位模块中还包括GPS单元，所述激光测距装置、摄像装置和定位模块通过GPS单元实现时间同步，所述激光测距装置与摄像装置的位置关系预先通过设备标定完成，标定完成后，所述激光测距装置和摄像装置刚性固定连接，通过对获得的激光点云数据、影像数据、空间位置信息和姿态信息进行整平、对中和定向等一系列处理措施，获取同一坐标系下的大网格密度、高精度及高分辨率彩色纹理的三维空间测量数据。

具体地，将所述激光测距装置获得激光点云数据和摄像装置采集获得的影像数据通过坐标转换统一到同一坐标系中，结合所述定位模块实现同一坐标系下的定向和定位，最终得到世界坐标系下的高分辨率彩色纹理三维空间测量数据。

所述控制单元还可以用于控制所述摄像装置的姿态信息、调整激光测距装置中单点激光测距传感器的分布角度、记录激光点云数据及影像数据的采集时间。

所述航空器可以是多旋翼无人机、单旋翼无人机、垂直起降固定翼无人机或无人飞艇等。

本发明实施例通过将所述激光测距装置和摄像装置保持刚性固定连接，且所述激光测距装置的一端固设在所述航空器上，为各数据的采集提供了相对稳定的测量环境，提高影像数据的拍摄质量及激光点云数据的采集质量。

在本发明各实施例中的各功能单元可集成在一个处理模块中，也可以各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成于一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取的存储介质中。所述存储介质包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、CD-ROM、和磁光盘)、ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、RAM(Random AcceSS Memory，随即存储器)、EPROM(EraSable Programmable Read-Only Memory，可擦写可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically EraSable Programmable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)、闪存、磁性卡片或光线卡片。也就是，存储介质包括由设备(例如，计算机)以能够读的形式存储或传输信息的任何介质。可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

本技术领域技术人员可以理解，本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本发明中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，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。

Claims (13)

1.一种基于激光测距装置的地图测绘方法，其特征在于，包括：

获得摄像装置采集的待测绘区域的影像数据和所述摄像装置采集所述影像数据时的空间位置信息和姿态信息；

获得激光测距装置在待测绘区域采集的距离数据，所述激光测距装置包括多个激光测距传感器，所述多个激光测距传感器呈线状、周向或阵列分布，变换所述激光测距装置的姿态获得所述激光测距装置在所述待测绘区域中采集的多个方位的距离数据，根据所述多个方位的距离数据获得待测绘区域的激光点云数据；

基于所述空间位置信息和姿态信息将所述激光点云数据与影像数据进行数据融合，以确定所述待测绘区域的三维测绘地图。

2.根据权利要求1所述的地图测绘方法，其特征在于，所述激光测距传感器的测距方向为向地方向，所述多个激光测距传感器按照预设角度和/或预设距离分布。

3.根据权利要求1所述的地图测绘方法，其特征在于，所述变换所述激光测距装置的姿态获得所述激光测距装置在所述待测绘区域中采集的多个方位的距离数据的步骤包括：

变换所述激光测距装置的姿态，获得所述影像数据所对应范围内目标对象的距离数据；

基于所述目标对象的距离数据获得待测绘区域中目标对象的激光点云数据。

4.根据权利要求1所述的地图测绘方法，其特征在于，所述变换所述激光测距装置的姿态的步骤包括：

旋转和/或摇摆和/或平移所述激光测距装置，以采集所述待测绘区域中多个方位的距离数据。

5.根据权利要求1所述的地图测绘方法，其特征在于，所述基于所述空间位置信息和姿态信息将所述激光点云数据与影像数据进行数据融合，以确定所述待测绘区域的三维测绘地图的步骤，包括：

基于所述空间位置信息与姿态信息，确定所述影像数据与所述待测绘区域所在的平面坐标系的投影关系；

将所述激光点云数据与所述影像数据进行数据融合，生成所述影像数据所在平面坐标系下的三维点云数据，结合所述影像数据与所述待测绘区域所在的平面坐标系的投影关系，获得所述待测绘区域的三维测绘地图。

6.根据权利要求1所述的地图测绘方法，其特征在于，所述获得摄像装置采集的待测绘区域的影像数据的步骤，包括：

当所述摄像装置采集到多帧非完整待测绘区域的影像数据时，结合所述摄像装置采集所述非完整待测绘区域的空间位置信息和姿态信息，拼接所述多帧非完整待测绘区域的影像数据形成待测绘区域的完整影像数据。

7.根据权利要求1所述的地图测绘方法，其特征在于，所述获得摄像装置采集所述影像数据时的空间位置信息与姿态信息的步骤，包括：

获取所述摄像装置采集所述影像数据时的经纬度信息及高程信息；

获取采集所述影像时所述摄像装置的朝向、摄像装置与所述待测绘区域所在平面和/或所在平面的垂直面之间的夹角。

8.根据权利要求5所述的地图测绘方法，其特征在于，将所述激光点云数据与所述影像数据进行数据融合，生成所述影像数据所在的平面坐标系下的三维点云数据的步骤，包括：

将影像数据和激光点云数据根据时间戳进行匹配，计算出每帧影像数据所对应的激光点云数据的帧号，得到每帧激光点云数据的在影像数据所在平面坐标系中的位置信息；

将激光点云数据中的特征点与所述影像数据中的每个像素点特征匹配，得到每个所述影像数据中各特征点的三维点云数据。

9.一种基于激光测距装置的地图测绘方法，其特征在于，该方法是在激光测距装置的载体端执行，包括：

控制机体悬停于待测绘区域上方预设高度位置处，以获得装载的摄像装置发送的所述待测绘区域的影像数据；

接收到装载的激光测距装置开始采集待测绘区域中目标对象的距离数据的信号，以预设方式变换激光测距装置的姿态以获得待测绘区域中所述影像数据对应区域的激光点云数据。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，该计算机程序执行时实现权利要求1-9中任意一项所述的地图测绘方法的步骤。

11.一种终端，其特征在于，包括处理器、存储器、所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现权利要求1至9任一项所述的地图测绘方法的步骤。

12.一种移动装置，其特征在于，包括：通信模块与定位模块，以及如权利要求10所述的计算机可读存储介质或如权利要求11所述的终端；

所述通信模块，用于与外部装置进行通信；

所述定位模块，用于确定摄像装置采集影像数据时的空间位置信息和姿态信息。

13.一种航空器，其特征在于，包括：

航空器本体；

激光测距装置，用于采集待测绘区域的激光点云数据；

摄像装置，用于采集待测绘区域的影像数据；

定位模块，用于确定摄像装置采集图像时的空间位置信息和姿态信息；

控制单元，用于接收激光测距装置发送的距离数据，基于所述距离数据获得待测绘区域的激光点云数据，接收摄像装置发送的影像数据，接收定位模块发送的空间位置信息和姿态信息，以确定待测绘区域的三维空间测量数据，绘制三维地图。