[发明专利]一种三维激光扫描仪校准算法

说明书

本申请公开了一种三维激光扫描仪校准算法，通过计算偏差量后构建三维激光扫描仪校准模型，向三维激光扫描仪校准模型代入初始观测值即可获得校准参数结果，根据校准参数结果校准激光入射光束在反光棱镜投射存在的偏差以及校准水平度盘存在的偏心差，从而完成激光光束入射反射棱镜构成的水平轴与水平旋转轴的平行校准。

技术领域

本申请涉及三维激光扫描仪技术领域，尤其涉及一种三维激光扫描仪校准算法。

背景技术

三维激光扫描是一种新型的空间数据采集技术，它与电子经纬仪相比，不仅精度相差不大，而且具有数据密度高、采集速度快等优点；又如与视觉传感器相比，其具有测量精度高、不易受环境影响、能全天候工作、稳定性高等优点。

三维激光扫描仪的工作原理与电子经纬仪类似，但结构较为复杂。在一般情况下，电子经纬仪的测距发射装置是一同固定安装在一个低速旋转的镜筒内的，校准的时候只需要考虑镜筒的视准轴误差、水平轴误差以及竖盘指标差就可以完成校准。而三维激光扫描仪的测距发射装置是固定在主机的一侧，45°反射棱镜绕水平轴高速旋转，此时从测距发射装置出来的激光能否准确投射在45°反射棱镜的中心是后续空间数据采集的一个重要问题。但是，在目前公开的三维激光扫描仪校准算法文献中，均并未考虑到入射光束在45°反射棱镜投射可能存在的偏差，这就会影响到三维激光扫描仪的校准精度。

而影响上述偏差的重要原因是45°反射棱镜旋转轴和入射光束构成的水平轴是否为互为平行的水平轴，因此，在三维激光扫描仪使用之前，需要对上述45°反射棱镜旋转轴和入射光束构成的水平轴均需要校准。另外，也需要考虑三维激光扫描仪的水平度盘中心也可能无法与45°反射棱镜中心完全水平重合的问题。

发明内容

本申请提供了一种三维激光扫描仪校准算法，用于解决入射光束在45°反射棱镜投射存在偏差以及水平度盘中心和45°反射棱镜中心无法完全水平重合的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种三维激光扫描仪校准算法，应用于三维激光扫描仪，所述三维激光扫描仪包括反射棱镜与测距发射装置，所述反射棱镜设有水平旋转轴，所述水平旋转轴设有用于测量其水平轴角度和竖轴角度的水平度盘，所述测距发射装置发射激光光束后投射在所述反射棱镜中，该校准算法具体包括以下步骤：

S100：在所述反射棱镜与所述水平旋转轴的所在空间建立三维体坐标系，其中，所述反射棱镜的中心点设为所述三维体坐标系的O点，水平轴设为X轴，视准轴设为Y轴，竖轴设为Z轴；

S200：以所述反射棱镜的中心点为原点建立所述三维激光扫描仪的站心坐标系，所述三维体坐标系经过旋转，可实现与所述站心坐标系重合；

S300：根据所述三维体坐标系与所述站心坐标系解析所述入射光束的偏差量，从而根据所述入射光束的偏差量与预先获得的原始观测量从而建立入射光束偏差模型；

S400：将所述站心坐标系投射至所述三维体坐标系上从而建立水平度盘偏心差模型；

S500：将所述入射光束偏差模型代入所述水平度盘偏心差模型中从而得到三维激光扫描仪校准模型，所述三维激光扫描仪校准模型包括待求解的校准参数；

S600：根据预先获得的测角误差构建仪器精度误差模型与照准误差模型，所述预先获得的测角误差包括水平角误差、竖直角误差和测距误差，根据所述仪器精度误差模型与所述照准误差模型构建观测误差方程，对所述观测误差方程进行解析从而获得X轴坐标误差、Y轴坐标误差和Z轴坐标误差，以所述X轴坐标误差、所述Y轴坐标误差和所述Z轴坐标误差作为所述待求解的校准参数的定权依据；

S700：对所述入射光束偏差模型和所述水平度盘偏心差模型求偏导数从而获得微分方程的系数矩阵,再根据所述定权依据和预先获得的同名点观测数据建立迭代加权最小二乘法方程，将所述迭代加权最小二乘法方程求解所述三维激光扫描仪校准模型，从而获得所述待求解的校准参数的求解结果；