[發明專利]一種基于旋轉三維激光測量系統的平面標定方法

有效

• 申請號: 201811563532.0
• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN109856642B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 馮肖維;姜晨;莊雨欣;謝安安;何敏
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08;G01S7/40
• 代理公司: 上海互順專利代理事務所(普通合伙) 31332
• 代理人: 成秋麗

本發明提供一種旋轉三維激光測量系統，包括：數據采集裝置、采集輔助裝置和數據分析處理裝置。數據采集裝置包括：激光測距儀和標定參考物平面；采集輔助裝置包括：云臺支架、設置在云臺支架上的水平旋轉云臺、固定在水平旋轉云臺上的傳感器支架，激光測距儀安裝在傳感器支架上實現垂直于云臺的二維掃描；數據分析處理裝置，與數據采集裝置和采集輔助裝置相連，用于接收采集裝置發送的數據并處理，以及發送數據至水平旋轉云臺，控制水平旋轉云臺轉動。還提供一種基于旋轉三維激光測量系統的平面標定方法，應用本發明實施例，對激光測距儀水平安裝偏差角和水平偏心距進行標定，并對點云拼接過程加以校正，從而提高三維點云圖像的重構精度。

技術領域

本發明涉及激光器測量技術領域，特別是涉及一種基于旋轉三維激光測量系統的平面標定方法。

背景技術

激光測距儀或激光雷達可以獲取三維空間中的距離值或點云圖像，廣泛應用于機器人環境感知，地理信息系統和逆向工程等領域。

國內外學者設計出了多種激光測距儀結合旋轉裝置的三維旋轉測量系統，同時對測量系統的參數標定進行了研究。由于激光測距儀的幾何中心通常不是其測量基準點，因此在數據拼接后重構的三維點云圖像存在誤差，如果傳感器安裝也不夠精確則會進一步影響最終的測量精度，為此需要對激光測距儀測量基準點與旋轉裝置之間的水平相對誤差(偏心距和偏差角)進行標定。現有的參數標定方法在標定過程中往往需要多次測量數據，過程繁瑣復雜，計算量大，對標定過程中所需的設備裝置也有較高要求。

因此，如何設計一種簡易可行的參數標定方法是一個亟待解決的問題。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于旋轉三維激光測量系統的平面標定方法，旨在通過一塊任意的表面平整非透明物體或環境中的一面墻作為標定參照物，而無需知道標定參照物的具體形狀與尺寸參數，且標定過程中傳感器只需對參照物進行一次數據采集即可完成對安裝偏差角和偏心距這兩個參數的標定，操作簡易。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種旋轉三維激光測量系統，包括：數據采集裝置、采集輔助裝置和數據分析處理裝置；

所述數據采集裝置包括：激光測距儀和標定參考物平面，其中，所述激光測距儀可以實現三維空間中的二維距離圖像的采集，所述參考物平面為垂直于地面的非透明任意平面；

所述采集輔助裝置包括：云臺支架、設置在所述云臺支架上的水平旋轉云臺、固定在所述水平旋轉云臺上的傳感器支架，所述激光測距儀安裝在所述傳感器支架上，以使激光測距儀的掃描測量面垂直于云臺表面；

所述數據分析處理裝置，與所述數據采集裝置和所述采集輔助裝置相連，用于接收所述采集裝置發送的數據并處理，以及發送數據至所述水平旋轉云臺，控制所述水平旋轉云臺的轉動。

本發明實施例還提供了一種基于所述旋轉三維激光測量系統的平面標定方法，所述方法包括步驟：

S1、通過激光測距儀在所述水平旋轉云臺旋轉的過程中獲取三維場景的測量信息，其中，所述測量信息至少包括：云臺水平旋轉角、云臺預設旋轉角度下激光測距儀測量得到的二維點云圖像射線簇中水平射線對應的測量值；

S2、估算待標定參數的優化初始值，所述待標定參數包括云臺水平旋轉中心和激光測距儀激光發射點之間的水平距離、激光測距儀水平安裝偏差角；

S3、構建三維激光測量系統的水平成像模型，通過所述成像模型可以計算出在云臺旋轉到預設角度時，激光測距儀發射點到參考物平面的理論水平距離值；

S4、將激光測距儀發射點到參考物平面的實際水平測量值和激光測距儀發射點到參考物平面的理論水平距離值進行比較，得到誤差，基于所述誤差構建目標函數；

S5、利用迭代的數值計算方法對所述目標函數求解，得到所述標定參數的優化解。