[发明专利]一种三维激光扫描仪内参数标定方法及装置

权利要求书

1.一种三维激光扫描仪内参数标定方法，其特征在于，该标定方法包括以下步骤：

1)以单站扫描数据中平面特征的总体平面度和平面内点数建立目标函数，使得该目标函数值最小的函数最优解作为待求内参数；

2)从初始点云数据中提取平面特征，利用平面内的点计算目标函数值；

3)利用非线性优化算法的搜索规则找到使目标函数值最优的一组参数，该参数即为待求内参数；

所述步骤1)建立的目标函数为：

其中N为输入数据点的总数，K为提取到的平面个数，n_i为第i个平面上的局内点个数，d_i,j为第i个平面上第j个局内点到平面的距离，与α₀和β₀有关，α₀为激光扫描瞬时坐标系绕激光扫描理想坐标系的X_S轴的旋转角，β₀为激光扫描瞬时坐标系绕激光扫描理想坐标系的Z_S轴的旋转角，和分别为α₀和β₀的估计值。

2.根据权利要求1所述的三维激光扫描仪内参数标定方法，其特征在于，所述步骤2)中的平面特征提取采用区域生长算法或RANSAC算法。

3.根据权利要求2所述的三维激光扫描仪内参数标定方法，其特征在于，所述步骤2)采用RANSAC算法进行平面特征提取时，当随机抽取的3点构成的平面模型局内点数量超过设定阈值时，需对这些局内点利用特征值法重新计算平面参数，并重新统计局内点数，若重新统计的局内点数仍超过该设定阈值时，说明已提取到一个平面，否则，需重新提取；当提取到某个平面，需判断该平面所抽取的原始三个点处的法矢两两夹角，若存在夹角超过设定阈值，则放弃该次提取的平面；判断各提取平面法向两两之间的夹角是否小于设定的阈值角以及原点到平面距离差值是否小于阈值距离，将上述两条件同时满足的两平面进行合并，并计算合并后两平面的参数。

4.根据权利要求1所述的三维激光扫描仪内参数标定方法，其特征在于，所述步骤3)是采用单纯形NMS算法来进行求解，判断所提取平面中初始各个顶点(α₀,β₀)对应目标函数值的大小，找到其中的最优点、次优点和最差点，通过反射、扩张、压缩或收缩产生一个新的较好点并用它替换掉最差点，得到一个新的单纯形，经过多次迭代搜索，最终使得单纯形越来越小从而不断逼近最优解。

5.根据权利要求4所述的三维激光扫描仪内参数标定方法，其特征在于，所述步骤3)在采用单纯形 NMS算法求解时，由人工蜂群算法搜索得到当前最优解作为NMS算法的初值构建初始单纯形。

6.一种三维激光扫描仪内参数标定装置，其特征在于，该标定装置包括目标函数建立模块、平面特征提取模块和最优解计算模块，

所述目标函数建立模块用于以单站扫描数据中平面特征的总体平面度和平面内点数建立目标函数，使得该目标函数值最小的函数最优解作为待求内参数；

所述平面特征提取模块用于从初始点云数据中提取平面特征，并利用平面内的点计算目标函数值；

所述最优解计算模块用于利用非线性优化算法的搜索规则找到使目标函数值最优的一组参数，该参数即为待求内参数；

所述的目标函数建立模块建立的目标函数为：

其中N为输入数据点的总数，K为提取到的平面个数，n_i为第i个平面上的局内点个数，d_i,j为第i个平面上第j个局内点到平面的距离，与α₀和β₀有关，α₀为激光扫描瞬时坐标系绕激光扫描理想坐标系的X_S轴的旋转角，β₀为激光扫描瞬时坐标系绕激光扫描理想坐标系的Z_S轴的旋转角，和分别为α₀和β₀的估计值。