[發(fā)明專利]一種基于空間球的兩個三維點云采集系統(tǒng)外參數(shù)標(biāo)定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911018195.1
• 申請日: 2019-10-24
• 公開（公告）號: CN110849389B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪霖;潘慶曼;彭進(jìn)業(yè);廖成峰;李艷艷;姜博;周延;汪照陽
• 申請（專利權(quán)）人: 西北大學(xué)
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 西安嘉思特知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長春

1.一種基于空間球的兩個三維點云采集系統(tǒng)外參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：根據(jù)兩個三維點云采集系統(tǒng)的位置建立外參數(shù)標(biāo)定模型；

S2：獲取預(yù)先設(shè)定的標(biāo)定位置分別在每個三維點云采集系統(tǒng)的三維點云數(shù)據(jù)；

S3：根據(jù)所述外參數(shù)標(biāo)定模型和所述三維點云數(shù)據(jù)建立外參數(shù)標(biāo)定的非線性目標(biāo)函數(shù)，包括：

根據(jù)外參數(shù)標(biāo)定模型、標(biāo)定球球心O_S在第一三維點云采集系統(tǒng)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)p_s、標(biāo)定球半徑r、標(biāo)定球上的點P_i1在第一三維點云采集系統(tǒng)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)測量值p_i1以及標(biāo)定球上的點P_jk2在第二三維點云采集系統(tǒng)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)測量值p_jk2建立外參數(shù)標(biāo)定的非線性目標(biāo)函數(shù)；其中，

所述非線性目標(biāo)函數(shù)為：

其中，||·||表示歐氏范數(shù)；φ表示橫滾角，θ表示俯仰角，ψ表示偏轉(zhuǎn)角，t＝(t_x,t_y,t_z)^T為3×1的平移向量，R為3×3的旋轉(zhuǎn)矩陣；N₁為第一三維點云采集系統(tǒng)獲取的標(biāo)定球上的掃描點數(shù)，N為第二三維點云采集系統(tǒng)的不同云臺偏轉(zhuǎn)角個數(shù)，N_k2為第k個云臺偏轉(zhuǎn)角下第二三維點云采集系統(tǒng)所獲取的標(biāo)定球上掃描點數(shù)；

S4：優(yōu)化所述非線性目標(biāo)函數(shù)得到兩個三維點云采集系統(tǒng)的外參數(shù)估計值，包括：

S41：利用SHADE算法對所述非線性目標(biāo)函數(shù)中的模型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化得到優(yōu)化結(jié)果；

S42：將所述優(yōu)化結(jié)果作為旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移向量t的估計值，得到兩個三維點云采集系統(tǒng)的外參數(shù)估計值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩個三維點云采集系統(tǒng)外參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于，所述外參數(shù)標(biāo)定模型為：

其中，(x₁,y₁,z₁)^T表示掃描點P在第一三維點云采集系統(tǒng)的坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，(x₂,y₂,z₂)^T表示掃描點P在第二三維點云采集系統(tǒng)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，R為3×3的旋轉(zhuǎn)矩陣，表示第二三維點云采集系統(tǒng)的坐標(biāo)系到第一三維點云采集系統(tǒng)坐標(biāo)系的姿態(tài)關(guān)系，t＝(t_x,t_y,t_z)^T為3×1的平移向量，表示第二三維點云采集系統(tǒng)的坐標(biāo)系到第一三維點云采集系統(tǒng)坐標(biāo)系的位置關(guān)系。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的兩個三維點云采集系統(tǒng)外參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)矩陣R的表達(dá)式為：

R＝R(φ,θ,ψ)＝Rot(Z,φ)Rot(Y,θ)Rot(X,ψ)；

其中，φ表示橫滾角，θ表示俯仰角，ψ表示偏轉(zhuǎn)角，X、Y、Z表示坐標(biāo)軸，Rot(X,ψ)表示繞X軸旋轉(zhuǎn)ψ角，Rot(Y,θ)表示繞Y軸旋轉(zhuǎn)θ角，Rot(Z,φ)表示繞Z軸旋轉(zhuǎn)φ角，φ、θ、ψ的取值范圍分別為φ∈[-180°,180°)，θ∈[-90°,90°]和ψ∈[-180°,180°)。