[發明專利]一種三維激光掃描儀校準算法

有效

• 申請號: 202011383679.9
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112629438B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 張德先;文述生;莊所增;李寧;周光海;肖浩威;丁永祥;閆少霞;趙瑞東;陳奕均;黃海鋒
• 申請（專利權）人: 廣州南方衛星導航儀器有限公司
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01C25/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 沈闖

1.一種三維激光掃描儀校準算法，應用于三維激光掃描儀，所述三維激光掃描儀包括反射棱鏡與測距發射裝置，所述反射棱鏡設有水平旋轉軸，所述水平旋轉軸設有用于測量其水平軸角度和豎軸角度的水平度盤，所述測距發射裝置發射激光光束后投射在所述反射棱鏡中，其特征在于，該校準算法具體包括以下步驟：

S100：在所述反射棱鏡與所述水平旋轉軸的所在空間建立三維體坐標系，其中，所述反射棱鏡的中心點設為所述三維體坐標系的O點，水平軸設為X軸，視準軸設為Y軸，豎軸設為Z軸；

S200：以所述反射棱鏡的中心點為原點建立所述三維激光掃描儀的站心坐標系，所述三維體坐標系經過旋轉，可實現與所述站心坐標系重合；

S300：根據所述三維體坐標系與所述站心坐標系解析入射光束的偏差量，從而根據所述入射光束的偏差量與預先獲得的原始觀測量從而建立入射光束偏差模型；

S400：將所述站心坐標系投射至所述三維體坐標系上從而建立水平度盤偏心差模型；

S500：將所述入射光束偏差模型代入所述水平度盤偏心差模型中從而得到三維激光掃描儀校準模型，所述三維激光掃描儀校準模型包括待求解的校準參數；

S600：根據預先獲得的測角誤差構建儀器精度誤差模型與照準誤差模型，所述預先獲得的測角誤差包括水平角誤差、豎直角誤差和測距誤差，根據所述儀器精度誤差模型與所述照準誤差模型構建觀測誤差方程，對所述觀測誤差方程進行解析從而獲得X軸坐標誤差、Y軸坐標誤差和Z軸坐標誤差，以所述X軸坐標誤差、所述Y軸坐標誤差和所述Z軸坐標誤差作為所述待求解的校準參數的定權依據；

S700：對所述入射光束偏差模型和所述水平度盤偏心差模型求偏導數從而獲得微分方程的系數矩陣,再根據所述定權依據和預先獲得的同名點觀測數據建立迭代加權最小二乘法方程，將所述迭代加權最小二乘法方程求解所述三維激光掃描儀校準模型，從而獲得所述待求解的校準參數的求解結果；

S800：根據所述待求解的校準參數的求解結果校準激光入射光束在反光棱鏡投射存在的偏差以及校準水平度盤存在的偏心差，從而完成所述激光光束入射所述反射棱鏡構成的水平軸與所述水平旋轉軸的平行校準；

所述步驟S300中所述入射光束偏差模型包括水平角改正觀測量φ′和豎直角改正觀測量θ′；

其中，所述水平角改正觀測量φ′通過公式1表示為：

φ'＝φ+c_o/sinθ+i_ocotθ+φ_o 公式1

公式1中，φ為水平角原始觀測量，C₀為視準軸誤差常數項，i_o為水平軸誤差常數項，φ_o為水平角指標差常數項；

同時，所述豎直角改正觀測量θ′通過公式2表示為：

θ'＝θ+ξ(θ) 公式2

公式2中，θ為豎直角原始觀測量，ξ(θ)為豎直角標差。

2.根據權利要求1所述的三維激光掃描儀校準算法，其特征在于，所述步驟S100具體包括：在所述反射棱鏡與所述水平旋轉軸的所在空間建立三維體坐標系，其中，所述反射棱鏡的中心點設為所述三維體坐標系的O點，水平軸設為X軸，視準軸設為Y軸，豎軸設為Z軸，所述三維體坐標系繞Z軸旋轉時所經過角度為水平角φ，所述三維體坐標系繞Y軸旋轉時所經過角度為豎直角θ，設當不存在偏差且反射向量與Z軸同向時，θ＝0。

3.根據權利要求2所述的三維激光掃描儀校準算法，其特征在于，所述步驟S200具體包括：以所述三維激光掃描儀的中心點為原點建立所述三維激光掃描儀的站心坐標系，所述站心坐標系不隨所述水平角φ和所述豎直角θ變化，當所述水平角φ＝0時，所述站心坐標系與所述三維體坐標系重合。