[发明专利]一种三维激光扫描仪的标定方法

说明书

本发明涉及一种三维激光扫描仪的标定方法，包括：S1：建立三维激光扫描仪的测量模型；S2：利用三维激光扫描仪，获取不同云台偏转角下标定球表面的测量数据；S3：根据测量模型和测量数据，建立三维激光扫描仪的测量模型参数的鲁棒非线性优化模型；S4：对鲁棒非线性优化模型进行优化求解，得到三维激光扫描仪的测量模型参数的估计值。本发明的三维激光扫描仪的标定方法，建立基于KMPE损失函数的三维激光扫描仪的测量模型参数估计的鲁棒非线性优化模型，利用KMPE损失函数提高了优化模型对于测量噪声和外点的鲁棒性，综合采用SHADE算法和LM算法对该优化模型进行优化求解，从而实现三维激光扫描仪模型参数的精确标定。

技术领域

本发明属于三维点云采集系统技术领域，具体涉及一种三维激光扫描仪的标定方法。

背景技术

目前，智能机器人领域中常见的三维激光扫描仪主要有三种类型，即推扫式激光扫描仪，俯仰式激光扫描仪和偏转式激光扫描仪。其中，俯仰式激光扫描仪是将二维激光扫描仪安装于垂直俯仰装置，偏转式激光扫描仪是将二维激光扫描仪安装于水平偏转装置上，通过装置的相应运动实现对扫描空间的数据测量。

三维激光扫描仪的测量精度与其测量模型参数密切相关，因此，需要对三维激光扫描仪的测量模型参数进行标定，以提高三维激光扫描仪的测量精度。现有的三维激光扫描仪标定方法多数需要给定标定物的相关尺寸，但是实际机器人环境中通常难以实现标定物的精确测量，导致现有标定算法的模型参数标定精确较低。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种三维激光扫描仪的标定方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种三维激光扫描仪的标定方法，包括：

S1：建立三维激光扫描仪的测量模型；

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；

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；

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；

其中，所述测量模型参数的鲁棒非线性优化模型为：

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。

在本发明的一个实施例中，所述S1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。

在本发明的一个实施例中，所述S2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；