[發明專利]一種二維激光掃描儀標定方法、系統及裝置

有效

• 申請號: 201710889539.0
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN107782240B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 孫海麗;姚連璧;王子軒;張邵華
• 申請（專利權）人: 首都師范大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01C25/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王戈

本發明公開了一種二維激光掃描儀標定方法、系統及裝置。所述方法包括：獲取標靶反射片的中心點在全站儀坐標系下的坐標；獲取掃描儀在小車移動時多個標靶反射片表面的點云數據，并將點云數據的坐標轉換到基準坐標系下；獲取點云數據中反射強度大于預設閾值的點的坐標，并依據反射強度大于預設閾值的點云數據與鄰居點云數據的距離，形成點集聚類；獲取點集聚類的重心坐標，點集聚類的重心坐標為標靶反射片中心在初始掃描儀坐標系下的坐標；獲取掃描儀坐標系與全站儀坐標系的轉換參數；獲取車體坐標系與全站儀坐標系的轉換參數；獲取車體坐標系與掃描儀坐標系的轉換參數。本發明不僅能夠提高標定精度，還能達到實時、快速的效果。

技術領域

本發明涉及移動測量技術領域，特別是涉及一種二維激光掃描儀標定方法、系統及裝置。

背景技術

移動測量系統的最終目的是為了獲取在某個坐標系下的點云數據，由于點云的生成往往涉及到多傳感器的融合，因此，移動測量系統需要解決的關鍵問題之一就是通過標定將不同坐標系下傳感器的測量成果統一到一個基準坐標系中。

一個典型的移動測量系統的激光掃描儀標定通常會用到以下三種坐標系：掃描儀坐標系LC(Laser Coordinate)、車體坐標系VC(Vehicle Coordinate)和全站儀坐標系TC(Total Station Coordinate)。目前，通常采用的二維掃描儀標定方法為：利用Faro掃描儀配套標準靶球(半徑0.0725m)作為公共點。圖1為靶球標定的現場布置圖，如圖1所示，在實驗現場布置1、2、3、4四個Faro標準靶球，將小車停靠在平坦的地面上，在小車的車體表面的三個角上向粘貼三個標志反射片A、B、C，掃描儀設置在小車上，并利用天寶Trimble S8全站儀測量機器人作為過渡坐標系，其基本思路是首先獲取車體上三個標志反射片A、B、C在VC下的坐標，并利用全站儀測量車體上三個標志反射片A、B、C在TC下的坐標，從而求取TC與VC的轉換參數；然后利用全站儀測量靶球中心在TC下的坐標，利用掃描儀掃描靶球中心在LC下的坐標，從而求取TC與LC的轉換參數；最后利用TC作為過渡，就可以得到VC與LC的轉換參數。

現有的二維掃描儀標定方法將靶球中心作為LC與TC的公共點，在利用全站儀測量靶球中心在TC中的坐標時，采用間接的求取方式，具體為：在水平方向瞄準靶球左右邊緣，測出兩個方向值并求平均，在垂直方向瞄準靶球上下邊緣，測出兩個天頂距并求平均，根據兩個平均值確定靶球的表面中心，再結合標準靶球的半徑，得到靶球中心在全站儀坐標系中的坐標。在利用掃描儀掃描靶球中心在LC中的坐標時，也是采用間接的求取方式，具體為：首先要對掃描靶球得到的坐標數據進行圓擬合，然后再計算靶球中心在掃描儀坐標系中的坐標。

將靶球中心作為LC與TC的公共點，并采用間接求取靶球中心的方式，在全站儀測量靶球上下、左右邊緣方向值時，存在一定的隨機誤差，并不能準確的獲得靶球中心位置，并且對掃描數據進行圓擬合，也會造成一定的誤差，從而導致最終的標定精度低。

發明內容

基于此，有必要提供一種標定精度高的二維激光掃描儀標定方法、系統及裝置。

一種二維激光掃描儀標定方法，包括：

獲取布置在測量現場的多個標靶反射片的中心點在全站儀坐標系下的坐標；

獲取掃描儀在小車移動時多個標靶反射片表面的點云數據，并依據慣性測量單元和里程計測量得到的參數數據，將每個掃描時刻的點云數據的坐標轉換到基準坐標系下，所述掃描儀設置在所述小車上，所述參數數據包括小車的加速度、角速度和里程值，所述基準坐標系為小車靜止時的初始掃描儀坐標系；

獲取所述點云數據中反射強度大于預設閾值的點的坐標，并依據反射強度大于預設閾值的點云數據與鄰居點云數據的距離，形成點集聚類；

獲取所述點集聚類的重心坐標，將所述點集聚類的重心坐標確定為標靶反射片中心在初始掃描儀坐標系下的坐標；