[实用新型]一种全景三维激光传感器数据校准装置

说明书

技术领域

本实用新型属于环境感知技术领域，具体的说是一种提高三维激光测距系统采集全景数据精度的装置，尤其涉及一种全景三维激光传感器数据校准装置。

背景技术

激光传感器属于主动传感器，抗干扰能力强，可以提供准确的深度信息，能详细描述环境几何特征，直接快速获取环境的三维模型，因此在三维环境感知中占据主导地位，在包括复杂地形机器人导航、工程测量等领域具有较大应用价值。目前，世界上有多家销售三维激光检测系统的制造厂商，如：奥地利Riegl、瑞士Leica、日本Topcon、美国Faro等，这些传感器价格昂贵，并且往往结构复杂，不利于维护与检修。

为了降低成本，多数的三维激光传感器是在二维激光的基础上添加一维旋转，从而获得三维激光数据(JesúsMorales,JorgeL.Martínez,AnthonyMandow,AlejandroandAlfonsoGarcía-Cerezo,DesignandDevelopmentofaFastandPreciseLow-Cost3DLaserRangefinder,inProceedingsofthe2011IEEEInternationalConferenceonMechatronics,2011)。由于在安装二维激光传感器的时候，无法避免角度和位置上的偏差，所以为了获取准确的三维激光数据，在使用这种三维激光传感器之前，需要对传感器自身参数进行标定。

文献(余祖俊,杨娅楠,朱力强,三维激光扫描测量系统标定方法研究,电子测量与仪器学报,21(6),31-35,2007)中的标定对象由一个LMS200二维激光传感器以及一个平移装置组成，利用两种标定模板实现三维激光传感器坐标系与外界测量基准坐标之间的旋转参数和平移参数，该参数并不能矫正由于安装问题所产生的数据误差。

文献(JesúsMorales,JorgeL.Martínez,AnthonyMandow,AntonioJ.Reina,AlejandroandAlfonsoGarcía-Cerezo,BoresightCalibrationofConstructionMisalignmentsfor3DScannersBuiltwitha2DLaserRangefinderRotatingonItsOpticalCenter,Sensors,14(11),20025-20040,2014.)利用Nelder-Mead方法对平面数据进行平整度和面积最大优化处理，标定二维激光传感器相对于三维数据坐标系的两个旋转角度，虽然可以获得比较准确的三维数据，但是由于忽略了部分三维激光内部参数，当存在安装误差的时候，仍然会引入一定的数据误差。同样，文献(谷晓杰,卜春光,陈成,周浚哲,三维激光测距系统设计与标定方法研究,沈阳理工大学学报，33(5),10-14,47,2014)只考虑了三维激光传感器的部分内部参数，不能作为通用的方法对各种三维激光传感器进行标定。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型要解决的问题是提出一种全景三维激光传感器数据校准装置。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种全景三维激光传感器数据校准装置包括三维激光传感器和标定装置；所述三维激光传感器包括旋转云台以及设置于旋转云台上的二维激光传感器；所述标定装置位于三维激光传感器前方的设定距离内。

所述标定装置为相纸，相纸表面喷绘有n×m个相互交替的正方形黑格和白格；每个黑格和白格的正中心有镂空。

所述镂空的形状为圆形。

所述迭代优化算法为最小二乘法或牛顿下降法。

本实用新型具有以下有益效果及优点：

1.本实用新型仅以三维激光传感器作为测量装置，以从环境中选定的特征为计算依据，实现对全景三维激光数据的校准。

2.本实用新型解决了全景三维激光传感器内部参数标定问题，仅通过一次数据采集就可以方便的实现多个特征点自动提取。

3.本实用新型解决了手动点选匹配对所引入的人为误差不可控和时间开销大问题，充分考虑影响数据精度的可能因素，提高传感器标定精度，并提升了标定方法的通用性。

4.本实用新型为全景三维激光传感器标定奠定基础，可用在复杂地形机器人导航、工程测量等领域。

5.本实用新型所提出的校准方法全面考虑可能存在的二维激光坐标系与三维激光坐标系之间的位置和旋转误差，提升了方法的通用性。

6.本实用新型所采用的标定装置便于制作，携带方便，可重复使用。

附图说明