[发明专利]一种基于空间球的两个三维点云采集系统外参数标定方法

权利要求书

1.一种基于空间球的两个三维点云采集系统外参数标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据两个三维点云采集系统的位置建立外参数标定模型；

S2：获取预先设定的标定位置分别在每个三维点云采集系统的三维点云数据；

S3：根据所述外参数标定模型和所述三维点云数据建立外参数标定的非线性目标函数，包括：

根据外参数标定模型、标定球球心O_S在第一三维点云采集系统坐标系下的坐标p_s、标定球半径r、标定球上的点P_i1在第一三维点云采集系统坐标系下的三维坐标测量值p_i1以及标定球上的点P_jk2在第二三维点云采集系统坐标系下的三维坐标测量值p_jk2建立外参数标定的非线性目标函数；其中，

所述非线性目标函数为：

其中，||·||表示欧氏范数；φ表示横滚角，θ表示俯仰角，ψ表示偏转角，t＝(t_x,t_y,t_z)^T为3×1的平移向量，R为3×3的旋转矩阵；N₁为第一三维点云采集系统获取的标定球上的扫描点数，N为第二三维点云采集系统的不同云台偏转角个数，N_k2为第k个云台偏转角下第二三维点云采集系统所获取的标定球上扫描点数；

S4：优化所述非线性目标函数得到两个三维点云采集系统的外参数估计值，包括：

S41：利用SHADE算法对所述非线性目标函数中的模型参数进行优化得到优化结果；

S42：将所述优化结果作为旋转矩阵R和平移向量t的估计值，得到两个三维点云采集系统的外参数估计值。

2.根据权利要求1所述的两个三维点云采集系统外参数标定方法，其特征在于，所述外参数标定模型为：

其中，(x₁,y₁,z₁)^T表示扫描点P在第一三维点云采集系统的坐标系下的坐标，(x₂,y₂,z₂)^T表示扫描点P在第二三维点云采集系统坐标系下的坐标，R为3×3的旋转矩阵，表示第二三维点云采集系统的坐标系到第一三维点云采集系统坐标系的姿态关系，t＝(t_x,t_y,t_z)^T为3×1的平移向量，表示第二三维点云采集系统的坐标系到第一三维点云采集系统坐标系的位置关系。

3.根据权利要求2所述的两个三维点云采集系统外参数标定方法，其特征在于，所述旋转矩阵R的表达式为：

R＝R(φ,θ,ψ)＝Rot(Z,φ)Rot(Y,θ)Rot(X,ψ)；

其中，φ表示横滚角，θ表示俯仰角，ψ表示偏转角，X、Y、Z表示坐标轴，Rot(X,ψ)表示绕X轴旋转ψ角，Rot(Y,θ)表示绕Y轴旋转θ角，Rot(Z,φ)表示绕Z轴旋转φ角，φ、θ、ψ的取值范围分别为φ∈[-180°,180°)，θ∈[-90°,90°]和ψ∈[-180°,180°)。