[发明专利]一种基于旋转三维激光测量系统的平面标定方法

说明书

本发明提供一种旋转三维激光测量系统，包括：数据采集装置、采集辅助装置和数据分析处理装置。数据采集装置包括：激光测距仪和标定参考物平面；采集辅助装置包括：云台支架、设置在云台支架上的水平旋转云台、固定在水平旋转云台上的传感器支架，激光测距仪安装在传感器支架上实现垂直于云台的二维扫描；数据分析处理装置，与数据采集装置和采集辅助装置相连，用于接收采集装置发送的数据并处理，以及发送数据至水平旋转云台，控制水平旋转云台转动。还提供一种基于旋转三维激光测量系统的平面标定方法，应用本发明实施例，对激光测距仪水平安装偏差角和水平偏心距进行标定，并对点云拼接过程加以校正，从而提高三维点云图像的重构精度。

技术领域

本发明涉及激光器测量技术领域，特别是涉及一种基于旋转三维激光测量系统的平面标定方法。

背景技术

激光测距仪或激光雷达可以获取三维空间中的距离值或点云图像，广泛应用于机器人环境感知，地理信息系统和逆向工程等领域。

国内外学者设计出了多种激光测距仪结合旋转装置的三维旋转测量系统，同时对测量系统的参数标定进行了研究。由于激光测距仪的几何中心通常不是其测量基准点，因此在数据拼接后重构的三维点云图像存在误差，如果传感器安装也不够精确则会进一步影响最终的测量精度，为此需要对激光测距仪测量基准点与旋转装置之间的水平相对误差(偏心距和偏差角)进行标定。现有的参数标定方法在标定过程中往往需要多次测量数据，过程繁琐复杂，计算量大，对标定过程中所需的设备装置也有较高要求。

因此，如何设计一种简易可行的参数标定方法是一个亟待解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于旋转三维激光测量系统的平面标定方法，旨在通过一块任意的表面平整非透明物体或环境中的一面墙作为标定参照物，而无需知道标定参照物的具体形状与尺寸参数，且标定过程中传感器只需对参照物进行一次数据采集即可完成对安装偏差角和偏心距这两个参数的标定，操作简易。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种旋转三维激光测量系统，包括：数据采集装置、采集辅助装置和数据分析处理装置；

所述数据采集装置包括：激光测距仪和标定参考物平面，其中，所述激光测距仪可以实现三维空间中的二维距离图像的采集，所述参考物平面为垂直于地面的非透明任意平面；

所述采集辅助装置包括：云台支架、设置在所述云台支架上的水平旋转云台、固定在所述水平旋转云台上的传感器支架，所述激光测距仪安装在所述传感器支架上，以使激光测距仪的扫描测量面垂直于云台表面；

所述数据分析处理装置，与所述数据采集装置和所述采集辅助装置相连，用于接收所述采集装置发送的数据并处理，以及发送数据至所述水平旋转云台，控制所述水平旋转云台的转动。

本发明实施例还提供了一种基于所述旋转三维激光测量系统的平面标定方法，所述方法包括步骤：

S1、通过激光测距仪在所述水平旋转云台旋转的过程中获取三维场景的测量信息，其中，所述测量信息至少包括：云台水平旋转角、云台预设旋转角度下激光测距仪测量得到的二维点云图像射线簇中水平射线对应的测量值；

S2、估算待标定参数的优化初始值，所述待标定参数包括云台水平旋转中心和激光测距仪激光发射点之间的水平距离、激光测距仪水平安装偏差角；

S3、构建三维激光测量系统的水平成像模型，通过所述成像模型可以计算出在云台旋转到预设角度时，激光测距仪发射点到参考物平面的理论水平距离值；

S4、将激光测距仪发射点到参考物平面的实际水平测量值和激光测距仪发射点到参考物平面的理论水平距离值进行比较，得到误差，基于所述误差构建目标函数；

S5、利用迭代的数值计算方法对所述目标函数求解，得到所述标定参数的优化解。