[發明專利]一種空間多靶標布設的激光掃描儀指標評估方法

有效

• 申請號: 202210822904.7
• 申請日: 2022-07-14
• 公開（公告）號: CN114894094B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 邵春麗;黃承義;周劍波;褚加志;布如源
• 申請（專利權）人: 青島環海海洋工程勘察研究院有限責任公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/03
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 王鳴鶴

1.一種空間多靶標布設的激光掃描儀指標評估方法，其特征在于，包括：

S1.采集靶標球點云數據；

S2.基于半徑約束的球型擬合算法獲取靶標球中心坐標；

S3.使用測量設備獲取靶標球中心坐標；

S4.基于三維坐標變換模型計算參考坐標系到掃描儀坐標系的轉換參數；

S5.評估激光掃描儀的多項指標；

S5.1.評估激光掃描儀的徑向重復性和標靶重復性；

S5.2.評估激光掃描儀的徑向距離示值誤差；

S5.3.評估激光掃描儀的空間距離示值誤差；

步驟S1包括：

在試驗場內布設多個靶標球，每個靶標球到激光掃描儀的距離不相同，且每個靶標球架設高度不相同，保證靶標球在試驗場呈空間分布，同時架設激光掃描儀，利用激光掃描儀對試驗場中的靶標球進行重復測量，獲取多組點云數據；

步驟S2包括：

設與激光掃描儀固連的坐標系為掃描儀坐標系，利用手工或軟件提取步驟S1獲取的點云數據中的靶標球，靶標球的半徑已知為，設單個靶標球的點云數據中有個點，每個點的坐標為，，在此基礎上建立空間球面方程：

其中，,分別為球心坐標和半徑；

對式展開并移項可得：

記：

按下式求解超定方程：

經計算即可得到，，，的值，即得到掃描儀坐標系下靶標球中心坐標的近似值和靶標球半徑的近似值；

構造函數，

對函數在處進行線性化，令

，，，，，,得到：

其中，為靶標球半徑的設計值，設靶標球的半徑約束方程為：

利用間接平差，將式和式聯立并寫成改正數的形式，得到：

分別是對應的改正數，聯立式和式可得：

對式運用間接平差進行參數求解，令，其中：

得到：

計算平差后的值：

即得到基于半徑約束的球型擬合算法獲取的靶標球中心坐標的測量值和靶標球半徑。

2.根據權利要求1所述的一種空間多靶標布設的激光掃描儀指標評估方法，其特征在于，S3包括：

以工業測量系統為基礎，工業測量系統基于空間前方交會利用兩臺經緯儀進行坐標量測，設與工業測量系統固連的坐標系為參考坐標系，得到參考坐標系下靶標球中心坐標的參考值。

3.根據權利要求2所述的一種空間多靶標布設的激光掃描儀指標評估方法，其特征在于，S4包括：

設由步驟S2得到掃描儀坐標系下的個靶標球中心坐標為，由步驟S3得到參考坐標系下的個靶標球中心坐標為，基于方向余弦的三維坐標變換模型計算參考坐標系到掃描儀坐標系的轉換參數，則有：

其中,,,,,,,,,為方向余弦，，，為掃描儀坐標系原點相對于參考坐標系原點在，，方向上的平移值；

由于上述9個方向余弦構成的矩陣為正交矩陣，通過3個方向余弦值推算其它6個方向余弦值，通過3組以上的靶標球中心坐標利用最小二乘法即可求解式中各參數的值，即得到參考坐標系到掃描儀坐標系的轉換參數。

4.根據權利要求3所述的一種空間多靶標布設的激光掃描儀指標評估方法，其特征在于，徑向重復性和標靶重復性具體為，基于掃描儀對單個目標物的重復測量；徑向距離示值誤差和空間距離示值誤差具體為，依靠參考值和測量值進行對比。

5.根據權利要求4所述的一種空間多靶標布設的激光掃描儀指標評估方法，其特征在于， S5.1包括：

通過激光掃描儀對單個靶標球重復測量次，得到單個靶標球的組點云數據，，由步驟S2計算得到單個靶標球的組中心坐標，其中，計算單個靶標球到激光掃描儀的組絕對距離：

對組絕對距離求平均值以及組中心坐標的分量分別求平均值：

求取每組靶標球的中心點位偏差：

評估徑向重復性：

評估標靶重復性：

。