[发明专利]三维激光雷达测量系统及标定方法

说明书

本发明公开了一种三维激光雷达测量系统及标定方法，包括龙门架、旋转平台、连接板、二维激光雷达、水平标定板、横向标定板和纵向标定板，硬件成本低廉。标定方法采用的标定板为三块平板，不需要特殊制备，成本低廉；使用时只需调整三个标定板垂直即可，可将世界坐标系建立于三维测量装置附近的任一位置；标定计算方法简单且容易理解，相较于传统的坐标变换（求三个旋转矩阵加一个平移矩阵）更为简单实用。

技术领域

本发明涉及一种三维激光雷达测量系统及标定方法，尤其涉及一种基于二维激光雷达的三维测量系统及其标定方法。

背景技术

目前，激光雷达在军事、航空和民用等领域得到越来越广泛的应用，具有测距速度快、精度高、获取的测量信息直观等优点，这些是其他测量设备所无法比拟的。激光雷达主要分为二维激光雷达和三维雷达两种。二维激光雷达只能在单一测量平面上得到距离和信息，不易实时观察测量数据，而三维激光雷达可以直接测量得到空间点的三维数据信息，并且可以更加直观地反应被测量物体的外形特征，应用更加广泛，但造价过高无疑给生产单位和企业带来成本负担。二维激光雷达加旋转台的组合测量系统实现对空间物体的三维测量。基于二维激光雷达建立三维测量系统并提出标定方法具有重大的现实意义。

发明内容

基于以上目的，本发明提出了一种三维激光雷达测量系统及标定方法。

本发明的三维激光雷达测量系统包括龙门架1、旋转平台2、连接板3、二维激光雷达4、水平标定板5、横向标定板6和纵向标定板7。龙门架1与旋转平台2固定连接，旋转平台2通过连接板3与二维激光雷达4相连并带动激光雷达旋转。二维激光雷达的测量平面4-3位于激光雷达的前端，垂直于激光雷达顶面4-1。在二维激光雷达测量平面4-3上，4-2是二维激光雷达的-225°测量线，4-6是二维激光雷达的45°测量线。水平标定板5、横向标定板6和纵向标定板7放置于龙门架1和二维激光雷达4的正前方，三个标定板互相垂直。

本发明的基于上述三维激光雷达测量系统的标定方法包括如下步骤：

1、首先定义一系列坐标系，定义激光雷达二维坐标系o₀-x₀y₀、激光雷达三维坐标系o₀-x₀y₀z₀、旋转中心坐标系o₁-x₁y₁z₁。o₀点位于二维激光雷达的测量平面的4-3测量中心，o₀x₀轴与二维激光雷达的90°测量线4-4重合，o₀y₀轴与二维激光雷达的0°测量线4-5重合。在激光雷达二维坐标系的基础上，过o₀点垂直于o₀x₀y₀平面，利用右手定则建立o₀z₀轴，进而建立激光雷达三维坐标系o₀-x₀y₀z₀。忽略旋转平台、连接板和二维激光雷达三者之间的安装误差，认为旋转平台的旋转面、连接板平面和激光雷达顶面相互平行。因此，旋转轴l垂直于面o₀x₀y₀，设二者交于o₁点。以为原点建立旋转中心坐标系o₁-x₁y₁z₁，其中o₁-x₁y₁z₁的三个轴分别平行于o₀-x₀y₀z₀的三个轴。