[发明专利]二维激光测距仪旋转三维测量系统的空间标定方法

说明书

本发明公开了一种二维激光测距仪旋转三维测量系统位姿的空间标定方法。为了解决在云台旋转中心(世界坐标系原点)与激光测距仪测量基准点(激光发射点)之间存在位姿偏差的情况下，测距仪采集和拼接后的三维点云图像容易产生误差和畸变的问题。本发明提供了一种二维激光测距仪旋转三维测量系统位姿的空间标定方法，它可以在无需特殊标定参照物的条件下，对二维激光测距仪的偏差角和三个坐标轴上的偏移量进行标定。该方法步骤简洁，可以有效降低标定成本与时间，增加测量系统的标定精度，抑制拼接后三维点云图像的误差与畸变。

技术领域：

本发明涉及激光测距仪测量系统标定，具体涉及一种二维激光测距仪旋转三维测量系统的空间标定方法。

背景技术：

二维激光测距仪是一种通过发射激光感知被测物体距离信息的装置，在三维空间中扫描某一截面，由距离信息和发射角度能够获取该截面二维点云图像，广泛应用于机器人环境感知，文物修复和地理信息系统等领域。国内外学者设计出了多种二维激光测距仪结合旋转装置的三维旋转测量系统，同时对测量系统的位姿标定进行了研究。激光传感器在云台上并不是水平放置的，同时激光发射点和旋转中心在空间中存在一段位移，发射出来的激光会在角度和距离上存在一定的偏差，可以理解成激光测距仪进行了一个比较小的位姿变换，为此需要对这个位姿变换进行标定，标定出角度和偏移量这些参数。现有的位姿标定方法在标定过程中往往需要过程繁琐复杂，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位姿标定方法是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决云台旋转中心(世界坐标系原点)与激光测距仪测量基准点(激光发射点)之间存在位姿偏差的情况下，测距仪采集和拼接后的三维点云图像容易产生误差和畸变的问题，提供一种二维激光测距仪旋转三维测量系统位姿的空间标定方法，可以在无需特殊标定参照物的条件下，对二维激光测距仪的偏差角(包括横滚角、俯仰角、偏航角)和三个坐标轴上的偏移量进行标定，该方法步骤简便，适于在线操作，可以有效降低标定成本与时间，增加测量系统的精度，抑制拼接后三维点云图像的畸变与误差。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种二维激光测距仪旋转三维测量系统位姿的标定方法，所需装置包括数据采集模块、采集辅助模块和数据分析处理模块。所述数据采集模块包括二维激光测距仪和标定参照物，所述二维激光测距仪能够扫描测量空间中垂直于测距仪中心到发射点之间连线的一个截面，并获得对应的二维点云图像；所述采集辅助模块包括云台支撑架及云台和一块任意大小的非透明辅助平面；所述数据分析处理模块包括电脑以及数据采集与处理程序，通过网口或串口接收测距仪采集的数据并进行分析处理。

所述标定参照物，其特征在于空间中已知半径长度的非透明光滑球体都可以作为标定参考，如一个排球或足球，表面越光滑越好。一个带支架并可任意调节高度的伸缩杆，将圆球置于伸缩杆上固定。

一种针对上述二维激光测距仪旋转三维测量系统位姿的空间标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将一张平面坐标系图纸平铺在地面上，然后将云台中心置于原点处，调整测距仪位于初始测量位置处。辅助平面垂直于地面放置，调整平面使得测距仪能够扫描到该平面，此时测距仪在平面上的扫描轨迹应是一条直线。打开电脑中测距仪对应的距离显示软件，扫在平面上的点的距离测量值应是均匀分布的，设在测量过程中对应的测量值为一组距离数据集合{D_m；m＝1,2,...,M}。