[发明专利]一种三维激光扫描装置的系统参数校准方法

说明书

技术领域

本发明属于误差校准技术领域，更具体地，涉及一种三维激光扫描装置的系统参数校准方法。

背景技术

伴随着激光电子技术与半导体技术等高新技术的高速发展，以及诸多应用邻域对于现实世界三维建模的需求，三维激光扫描技术在很多应用领域发挥着重要的作用。三维激光扫描技术能够快速准确地获取场景空间点的三维坐标，进而完全复现真实的物理世界，三维激光扫描具有精度高、采集速度快、智能化扫描和海量测量点的特点。尽管三维激光扫描装置是一种非常有前途的测量装备，但扫描装置的精度在很大程度上影响着它的广泛应用，影响扫描精度的因素有很多，其中，系统参数的机械安装误差与测量误差是一类重要的误差来源。

三维激光扫描装置中含有复杂的机械结构，这些结构的参数直接影响着对扫描获取的三维空间点云数据的处理精度。在测量装置内某些机械结构的参数时，测量结果与实际值之间的差值即为误差。真实值或称真值是客观存在的，是在一定时间及空间条件下体现事物的真实数值，但很难确切表达。测量值与实际值之间总是或多或少存在一定的差异，就是测量误差。测量误差主要分为三大类：系统误差、随机误差、粗大误差。误差产生的原因可归结为测量装置误差、环境误差、测量方法误差、人员误差。通常把测量仪器、观测者的技术水平和外界环境三个方面综合起来，称为观测条件。观测条件不理想和不断变化，是产生测量误差的根本原因。在进行误差分析时，要估计的误差通常有系统误差和随机误差两类。

系统误差是在相同条件下多次测量同一量时，误差的符号保持恒定，或在条件改变时按某种确定规律而变化的误差，系统误差具有一定的规律性，可以根据系统误差产生的原因采取一定的技术措施，设法消除或减弱它。系统误差没有通用的处理方法，要求精心设计测量系统和选择测量仪器，分析可能产生系统误差的原因，采取一定的技术措施，力争在测量之前消除或减弱系统误差的影响。

随机误差是在实际相同条件下，多次测量同一量时，误差的绝对值和符号以不可预定的方式变化的误差。随机误差主要是由那些对测量值影响微小，又互不相关的多种随机因素共同造成的，由于随机误差的变化不能预定，因此，这类误差也不能修正，但是，可以通过多次测量取平均值的办法来削弱随机误差对测量结果的影响。

系统参数的精度直接影响着扫描装置获取的三维空间点云数据的精度，由于扫描装置在制造与安装过程中存在着固有的机械误差和测量误差，这直接造成了系统参数的不精确，其中，测量误差又由系统误差和随机误差相互交织，现行的通用的误差校正方法都不能取得较好的校正精度。因此，对三维激光扫描装置的系统参数进行校准，获得扫描装置的系统参数准确值是非常必要的。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种三维激光扫描装置系统参数的校准方法，旨在准确地对扫描装置系统参数进行纠正校准。

为实现上述目的，本发明提供了一种三维激光扫描装置系统参数的校准方法，包括下述步骤：

S1：使用三维激光扫描装置扫描制作好的标准平面标靶，采集点云数据，并根据该点云数据建立该标靶的原始点云模型；

S2：建立一个点云模型的评价指数，作为系统模型精度的度量值，使得系统参数微调量与模型精度度量值成函数关系；

S3：运用模式搜索方法寻找一组能够使步骤S1获取的标靶模型精度最高，即步骤S2中建立的模型精度度量值取到最大值或者最小值的系统参数微调量，这组参数微调量就是要寻找的最优的参数微调量。

本发明的一个实施例中，所述步骤S1中，使用的标靶是标准平面标靶，表面平整光滑，接近理想平面。

本发明的一个实施例中，所述步骤S2中，将标靶点云模型的平面性作为模型精度的评价指数。

本发明的一个实施例中，所述步骤S2中，系统参数微调量与模型精度度量值之间的函数关系是一种多元非线性函数关系，该函数没有解析表达式。

本发明的一个实施例中，所述步骤S2中，系统参数微调量是自变量，参数微调量的个数决定了自变量集合的空间维度，模型精度度量值是应变量即函数的输出值。

本发明的一个实施例中，所述步骤S3中，要在自变量区间即多维空间域中寻找一组使得函数取最大值或最小值的自变量的值，系统参数微调量就是自变量，模型精度的度量值就是函数值。