)測量所述旋轉(zhuǎn)棱鏡（332 ) 的實時轉(zhuǎn)動角度。所述脈沖重復頻率調(diào)節(jié)裝置（31)產(chǎn)生所需頻率的方波信號，提供給所述 激光脈沖發(fā)射器（311)，可實現(xiàn)激光脈沖重復頻率的調(diào)節(jié)。所述掃描頻率調(diào)節(jié)裝置（32)可 輸出控制信號，通過改變所述旋轉(zhuǎn)棱鏡電機（321)的轉(zhuǎn)速可實現(xiàn)掃描頻率的調(diào)節(jié)。所述激光 掃描視場角調(diào)節(jié)裝置（33)可根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)棱鏡光電軸角編碼器（333)測量所述旋轉(zhuǎn)棱鏡 (332)的實時轉(zhuǎn)動角度，通過調(diào)整所述旋轉(zhuǎn)棱鏡（332)的有效發(fā)射激光脈沖的掃描角大小， 實現(xiàn)掃描視場角的調(diào)節(jié)。
[0016] 其中，當?shù)匦胃叱套兓瘯r，飛機與被測地形表面之間的相對飛行高度發(fā)生變化，激 光掃描儀參數(shù)的調(diào)整目的是通過調(diào)整掃描視場角和脈沖重復頻率，使地面上掃描點云帶寬 和點密度始終保持不變。設(shè)飛機與被測地面之間的理想相對飛行高度為熟，理想掃描視 場角為土$(° )，當實際飛行高度為時，掃描視場角變?yōu)閨_(° )，要求掃描帶寬不變，有
、另外，設(shè)所述旋轉(zhuǎn)棱鏡（332)的轉(zhuǎn)速 為λ (轉(zhuǎn)/分鐘)，則角速度為60/7 (°/s)，同時每條掃描線的掃描點數(shù)?為常數(shù)，則在理想相 對飛行高度為掃描視場角為意@(°)時，獲得一條激光掃描線的掃描時間為& = 則 咖 理想相對飛行高度下的脈沖重復頻率為，
。同理，當實際相對 W vS' 飛行高度為、掃描視場角為±4(° )時，此時的脈沖重復頻率彡
Hz), 則
I此，當被測地形高程發(fā)生變化時，由?
「獲得掃描 視場角的實時調(diào)節(jié)值；再由式可獲得脈沖重復頻率的實時調(diào)節(jié)值，從而可消除 地形高程變化對激光掃描帶寬和點密度的不利影響。
[0017] 其中，根據(jù)采樣定理，要無失真的重建被測地形的三維圖像，首先獲得被測地形的 最高頻率，而機載激光雷達的參數(shù)設(shè)計值應(yīng)能使地面采樣頻率滿足(? > 2?，而地面采 樣頻率則主要取決于點云的密度。由于不同地形具有不同的波動性和復雜性，即具有不同 的地形空間頻率，激光雷達掃描測繪過程中應(yīng)采用不同的采樣頻率，以最優(yōu)的采樣效率來 重建被測地形的三維模型，因此有必要根據(jù)被測地形空間頻率特點來自適應(yīng)的設(shè)計機載激 光雷達參數(shù)值。
[0018] 其中，根據(jù)飛行速度、相對飛行高度以及被測地形的空間頻率特點，計算獲得激光 掃描儀三個參數(shù)，即掃描視場角、掃描頻率和脈沖重復頻率的實時調(diào)節(jié)值。對于旋轉(zhuǎn)棱鏡線 掃描方式而言，設(shè)掃描頻率為A飛機的飛行速度為κ，相對飛行高度為九激光脈沖重復頻 率為視場角為f〇v (field of view)，激光掃描一行的掃描點數(shù)為a?(亦即/；//?)，則一 行掃描線中的點間距
[0019] 其中，設(shè)相對飛行高度A和飛行速度κ不變，可變的參數(shù)為視場角fov、掃描鏡 掃描頻率為η和激光脈沖重復頻率/；，此時，點云密度為
激光 點云的采樣頻率大于被測地形空間頻率的兩倍時，則滿足采樣定理，重建的地形三維模 型不會發(fā)生失真。如果將平面采樣分解為兩個一維采樣，當滿足采樣定理條件時，有：
中，和分別為被測地面在X方向和y方向的空間頻率，則

_際中，為提尚 采樣頻率，一般采樣頻率取為被測地形空間頻率的3~5倍，若取3倍，則當理想相對飛行高 度為He、實際相對飛行高度為Ha、飛行速度為V、理想掃描視場角為時，則實際掃描視場 角I#、掃描頻率η、脈沖重復頻率g的計算式分別為：
[0020] 另外，已知由被測地形高程變化時所需的脈沖重復頻率調(diào)整值為Λ因 m 此，實際的脈沖重復頻率可取_和1中的最大值，則可同時滿足由地形高程變化和地形空 間頻率變化所要求的脈沖重復頻率調(diào)整值。綜上，如果獲得了飛機的飛行速度、相對地面的 飛行高度、地形在二維方向上的空間頻率則可對激光掃描儀的三個參數(shù)值，即掃 描視場角、掃描頻率、脈沖重復頻率進行實時自適應(yīng)優(yōu)化設(shè)計。
[0021] 其中，采用激光掃描儀的前幾秒時間的掃描點數(shù)據(jù)，結(jié)合航空照相機的前幅圖像 數(shù)據(jù)，可獲得被測地形二維空間頻率，即^和^。
[0022] 其中，由激光掃描儀先前數(shù)據(jù)預測地形空間頻率的方法如下：沿著X方向的激光 點線或沿著y方向的一條激光掃描線中，地形變動頻率體現(xiàn)在以下三個指標中：（1)變化 角度：從左到右，以前兩點的連線延長線為基準線，計算旋轉(zhuǎn)到下一點連線的夾角，其中逆 時針轉(zhuǎn)角設(shè)為正，順時針轉(zhuǎn)角設(shè)為負，一條掃描線中所有正負轉(zhuǎn)角絕對值的和的均值，即
此均值越大，則地形在此掃描線方向上的頻率變化越大。（2)轉(zhuǎn)角的正負突變次 數(shù)(記為r):即轉(zhuǎn)角由正變負以及由負變正的改變次數(shù)，可反映出地形空間頻率大小，用如 下程序進行統(tǒng)計：

(3)在二維方向上，正負轉(zhuǎn)角的絕對值的最大其可反映出地形的波 動劇烈程度，此值越大，則地形波動越劇烈。
[0023] 則由激光掃描點云的先前數(shù)據(jù)獲得的地形空間頻率系數(shù)可表示為： > _
是經(jīng)驗比例系數(shù)，,和分別為X 方向和y方向激光掃描線中各轉(zhuǎn)角的正負突變次數(shù)。
[0024] 其中，利用航空照相機采集的前幅圖像獲得地形紋理特點來分析地形空間頻率的 方法如下：由航空照相機獲得的圖像求得其梯度圖，梯度反映了圖像上每點斜率的陡峭程 度，如物體邊緣處的梯度值就較大。根據(jù)梯度的大小，可判斷出圖像中不同物體的分布情 況。將圖像中所有像素點處的梯度值相加后獲得平均值，梯度均值的大小可反映出圖像紋 理的變化程度。梯度均值越大，則圖像紋理變動越大，地形的可能空間頻率也越大。在圖像 處理中，某像素點的梯度計算可采用如下公式：
即某像素點處的梯度值為該 ·· ν' \·. '·:?·· ：·>·； ；； ·· ;·;· · ·''> -.*-''' ?.· \· · · .·· V1 ； y· ^ >： '· '<·' '>：： .χν - ；. > .· ·.·>?. ,.ν
點在水平方向相鄰像素之差的絕對值和垂直方向相鄰彳兔查^ 吉由&十估-
[0025] 在一副圖像中，所有像素點的梯度值的均值關(guān)
[0026] 其中，綜合由激光點云數(shù)據(jù)和航空照相機的圖像數(shù)據(jù)，獲得的地形空間頻率系數(shù) 可i+笪為，
[0027] 實際應(yīng)用中，在飛行前根據(jù)掃描區(qū)域進行經(jīng)驗預估，獲得二維方向上的經(jīng)驗掃描 頻率和地形空間頻率系數(shù)，g|則可獲得實際飛行過程中，對二維方向上 地形的實時預估頻率值，計算如下：

[0028] 其中，基于被測地形特點的機載激光雷達參數(shù)實時自適應(yīng)最優(yōu)設(shè)計系統(tǒng)由ARM嵌 入式系統(tǒng)作為所述激光掃描儀參數(shù)自適應(yīng)設(shè)計控制器（2)。由所述激光掃描儀（11)、飛行 速度測量儀（12)和航空照相機（13)獲得飛機的飛行參數(shù)以及被測地形的激光掃描點云 和攝影圖像，經(jīng)串口分別送入到ARM控制器中，經(jīng)計算獲得被測地形的高程值及地形空間 頻率特性參數(shù)預估值，進一步計算出激光掃描儀的三個調(diào)整參數(shù)的實時優(yōu)化設(shè)計值，此三 個參數(shù)的實時優(yōu)化設(shè)計值通過D/A輸出口輸出，分別提供給所述脈沖重復頻率調(diào)節(jié)裝置 (31) 、掃描頻率調(diào)節(jié)裝置（32)和激光掃描視場角調(diào)節(jié)裝置（33)，從而可實現(xiàn)對脈沖重復頻 率、掃描頻率和掃描視場角的實時最優(yōu)調(diào)節(jié)。
【附圖說明】
[0029] 圖1是基于被測地形特點的機載激光雷達參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)組成圖。
[0030] 圖2是基于被測地形特點的機載激光雷達參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)測量設(shè)備安裝結(jié) 構(gòu)示意圖。
[0031 ] 圖3是地形高程變化對點云密度的影響圖。
[0032] 圖4是激光掃描儀工作原理和參數(shù)調(diào)節(jié)示意圖。
[0033] 圖5是地形高程變化時激光掃描儀參數(shù)的調(diào)整方法示意圖。
[0034] 圖6是根據(jù)被測地形空間頻率變化對激光掃描參數(shù)的調(diào)整方法分析圖。
[0035] 圖7為由先前激光掃描點和航空照相機圖像預測被測地形空間頻率的計算方法 示意圖。
[0036] 圖8是基于被測地形特點的機載激光雷達參數(shù)實時自適應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示 意圖。
【具體實施方式】
[0037] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明專利實施例作進一步詳細描述。
[0038] 圖1是基于被測地形特點的機載激光雷達參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)組成圖。本發(fā)明 提供的一種基于被測地形特點的機載激光雷達參數(shù)實時自適應(yīng)調(diào)整方法與裝置，其特征在 于包括地形特征及飛行參數(shù)測量裝置（1 )、激光掃描儀參數(shù)自適應(yīng)設(shè)計控制器（2)、掃描