[发明专利]一种三维激光扫描仪的标定方法

权利要求书

1.一种三维激光扫描仪的标定方法，其特征在于，包括：

S1：建立三维激光扫描仪的测量模型；包括：

S11：建立所述三维激光扫描仪的坐标系；

S12：根据所述坐标系，确定所述三维激光扫描仪的测量模型：

式中，α表示云台水平偏转角，β为标定球上扫描点的激光测量角度，ρ为标定球上扫描点的激光测量距离；

S2：利用所述三维激光扫描仪，获取不同云台偏转角下标定球表面的测量数据；包括：

S21：将所述标定球放置于所述三维激光扫描仪视场范围内的任一固定位置，将所述标定球球心的坐标记为o_s＝(x_s,y_s,z_s)^T；

S22：通过云台的水平偏转运动，利用所述三维激光扫描仪对该标定球进行扫描，分别获取不同云台偏转角α_i，i＝1,2,…,N下标定球上各扫描点Q_i,j，j＝1,2,…,N_i的测量数据α_i,β_i,j,ρ_i,j，其中，β_i,j为扫描点Q_i,j的激光测量角度，ρ_i,j为扫描点Q_i,j的激光测量距离；

S3：根据所述测量模型和所述测量数据，建立所述三维激光扫描仪的测量模型参数的鲁棒非线性优化模型；包括：

S31：根据所述测量模型，得到所述扫描点Q_i,j在所述坐标系下的坐标表达式q(α_i,β_i,j,ρ_i,j,d_x,d_y)；

S32：根据所述测量数据以及所述扫描点Q_i,j在所述坐标系下的坐标表达式，得到关于所述模型参数，以及所述标定球的球心坐标和半径的非线性超定方程组约束：

式中，||·||表示欧氏范数；

S33：根据KMPE损失函数和所述非线性超定方程组约束，构建得到所述测量模型参数的鲁棒非线性优化模型：

式中，d_x为三维激光扫描仪的第一测量模型参数，d_y为三维激光扫描仪的第二测量模型参数，o_s为标定球的球心坐标，r为标定球的半径，N为标定球上激光扫描位置数，N_i为第i次扫描时标定球上的激光扫描点数，J_KMPE(·)表示KMPE损失函数，e_i,j表示扫描点到标定球表面的有向距离；

其中，J_KMPE(·)和e_i,j分别为：

e_i,j＝||q(α_i,β_i,j,ρ_i,j,d_x,d_y)-o_s||-r，

式中，σ表示核参数，p表示幂参数，i＝1,2,…,N，表示云台的第i个云台偏转位置，j＝1,2,…,N_i表示在第i个云台偏转角α_i下的标定球上第j个扫描点；

S4：对所述鲁棒非线性优化模型进行优化求解，得到所述三维激光扫描仪的测量模型参数的估计值。

2.根据权利要求1所述的三维激光扫描仪的标定方法，其特征在于，所述S4包括：

S41：利用SHADE算法对所述鲁棒非线性优化模型进行求解，得到初始最优解；

S42：将所述初始最优解作为LM算法的初值，利用LM算法对所述鲁棒非线性优化模型进行求解，得到所述三维激光扫描仪的测量模型参数的估计值。