[發明專利]一種三維點云采集系統的標定方法

有效

• 申請號: 201910345608.0
• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN110196031B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 汪霖;丁則瑋;張萬緒;趙偉明;李園園;沈應喆;姜博;周延;張欣媛
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: G01B21/04
• 分類號: G01B21/04;G01B11/24
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 尹曉雪

本發明涉及一種三維點云采集系統的標定方法，包括步驟：建立世界坐標系和本地坐標系；建立三維點云采集系統測量模型；選取具備幾何約束條件的標定物，并獲取所述標定物的多個測量點在所述本地坐標系中的三維點云數據；根據所述三維點云采集系統測量模型、所述幾何約束條件和所述三維點云數據建立關于所述第一模型參數和所述第二模型參數的非線性目標函數；利用優化算法對所述非線性目標函數進行優化得到所述第一模型參數和所述第二模型參數的標定值。本發明實施例三維點云采集系統標定方法解決了在標定物參數未知的情況下對三維點云采集系統進行標定的問題，無需對標定物的相關尺寸進行測量，從而提高了模型參數的估計精度。

技術領域

本發明屬于三維點云數據采集技術領域，具體涉及一種三維點云采集系統的標定方法。

背景技術

在數字化現實世界的過程中，三維點云數據記錄了物體表面的幾何屬性和位置信息。高精度的三維點云數據能夠為計算機視覺在人類日常生活中的應用提供大量幫助，因此搭建高精度的三維點云采集系統具有重要的意義。

目前，對三維點云數據的采集具有多種采集系統，例如基于云臺和二維激光掃描儀的三維點云采集系統、基于云臺和Kinect傳感器的三維點云采集系統等。對這些三維采集系統進行標定是獲取高精度三維點云數據的前提，其標定精度將直接影響三維點云數據采集的精度。現有標定方法中，基于云臺和Kinect傳感器的三維點云采集系統的標定方法比較少，多數是針對基于云臺和二維激光掃描儀的三維點云采集系統的標定算法，例如，Antone等人提出一種基于多足標定物的推掃式激光掃描儀標定算法；項志宇采用細桿作為標定物，提出一種基于最小二乘法的俯仰式激光掃描儀標定算法；等等。

然而，現有標定算法多數需要給出標定物的相關尺寸，例如，基于最小二乘法的俯仰式激光掃描儀標定算法需要測量激光掃描儀旋轉中心到細桿的距離；而實際情況中，通常難以對標定物的相關尺寸進行精確測量，從而導致現有標定算法的模型參數估計精確度較低。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種三維點云采集系統的標定方法。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

本發明實施例提供了一種三維點云采集系統的標定方法，包括步驟：

建立基于所述采集系統的世界坐標系，并且建立基于所述采集系統進行三維點云測量時的本地坐標系；

建立任一測量點在所述本地坐標系中坐標與在所述世界坐標系中坐標的映射關系得到三維點云采集系統測量模型，其中，所述三維點云采集系統測量模型具有第一模型參數和第二模型參數；

選取具備幾何約束條件的標定物，并獲取所述標定物的多個測量點在所述本地坐標系中的三維點云數據；

根據所述三維點云采集系統測量模型、所述幾何約束條件和所述三維點云數據建立關于所述第一模型參數和所述第二模型參數的非線性目標函數；

對所述非線性目標函數進行優化得到所述第一模型參數和所述第二模型參數的標定值。

在本發明的一個實施例中，建立基于所述采集系統的世界坐標系，包括：

以采集系統旋轉軸作為第一Y軸，以所述采集系統的測量零點在所述第一Y軸上的投影作為第一原點，在預設偏轉角下以采集系統測量中心軸方向作為第一Z軸，以與所述第一Z軸和所述第一Y軸垂直的方向作為第一X軸，建立所述世界坐標系。

在本發明的一個實施例中，建立基于所述采集系統進行三維點云測量時的本地坐標系，包括：

采用所述采集系統進行三維點云測量，以所述測量零點作為第二原點，以所述采集系統測量中心軸方向作為第二Z軸，以平行于所述采集系統旋轉軸的方向作為第二Y軸，以與所述第二Z軸和所述第二Y軸垂直的方向作為第二X軸，建立所述本地坐標系；