一种二维激光扫描仪标定方法、系统及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种二维激光扫描仪标定方法、系统及装置。所述方法包括：获取标靶反射片的中心点在全站仪坐标系下的坐标；获取扫描仪在小车移动时多个标靶反射片表面的点云数据，并将点云数据的坐标转换到基准坐标系下；获取点云数据中反射强度大于预设阈值的点的坐标，并依据反射强度大于预设阈值的点云数据与邻居点云数据的距离，形成点集聚类；获取点集聚类的重心坐标，点集聚类的重心坐标为标靶反射片中心在初始扫描仪坐标系下的坐标；获取扫描仪坐标系与全站仪坐标系的转换参数；获取车体坐标系与全站仪坐标系的转换参数；获取车体坐标系与扫描仪坐标系的转换参数。本发明专利技术不仅能够提高标定精度，还能达到实时、快速的效果。

A calibration method, system and device for two-dimensional laser scanner

The invention discloses a calibration method, a system and a device for a two-dimensional laser scanner. The method comprises: acquiring the coordinate point target standard center reflector in total station coordinates; get in the car when a mobile scanner surface target reflector of the point cloud data, and the coordinates of point cloud data conversion to the reference coordinate system; to obtain the coordinates of the point cloud data of reflection intensity greater than the preset threshold point, and on the basis of the reflection intensity is greater than the preset threshold point cloud data and neighbor point cloud data distance, form point set clustering; clustering to obtain the barycentric coordinates of point set, set the barycentric coordinates of clustering for target coordinates reflecting plate center coordinate in the initial scanner; get the conversion and total station instrument coordinate scanner coordinate system parameters; total station coordinate transformation and obtain the parameters of the vehicle coordinate system; coordinate with the acquisition and conversion body scanner system parameters. The invention can not only improve the calibration accuracy, but also achieve real-time and rapid effect.

【技术实现步骤摘要】
一种二维激光扫描仪标定方法、系统及装置
本专利技术涉及移动测量
，特别是涉及一种二维激光扫描仪标定方法、系统及装置。
技术介绍
移动测量系统的最终目的是为了获取在某个坐标系下的点云数据，由于点云的生成往往涉及到多传感器的融合，因此，移动测量系统需要解决的关键问题之一就是通过标定将不同坐标系下传感器的测量成果统一到一个基准坐标系中。一个典型的移动测量系统的激光扫描仪标定通常会用到以下三种坐标系：扫描仪坐标系LC(LaserCoordinate)、车体坐标系VC(VehicleCoordinate)和全站仪坐标系TC(TotalStationCoordinate)。目前，通常采用的二维扫描仪标定方法为：利用Faro扫描仪配套标准靶球(半径0.0725m)作为公共点。图1为靶球标定的现场布置图，如图1所示，在实验现场布置1、2、3、4四个Faro标准靶球，将小车停靠在平坦的地面上，在小车的车体表面的三个角上向粘贴三个标志反射片A、B、C，扫描仪设置在小车上，并利用天宝TrimbleS8全站仪测量机器人作为过渡坐标系，其基本思路是首先获取车体上三个标志反射片A、B、C在VC下的坐标，并利用全站仪测量车体上三个标志反射片A、B、C在TC下的坐标，从而求取TC与VC的转换参数；然后利用全站仪测量靶球中心在TC下的坐标，利用扫描仪扫描靶球中心在LC下的坐标，从而求取TC与LC的转换参数；最后利用TC作为过渡，就可以得到VC与LC的转换参数。现有的二维扫描仪标定方法将靶球中心作为LC与TC的公共点，在利用全站仪测量靶球中心在TC中的坐标时，采用间接的求取方式，具体为：在水平方向瞄准靶球左右边缘，测出两个方向值并求平均，在垂直方向瞄准靶球上下边缘，测出两个天顶距并求平均，根据两个平均值确定靶球的表面中心，再结合标准靶球的半径，得到靶球中心在全站仪坐标系中的坐标。在利用扫描仪扫描靶球中心在LC中的坐标时，也是采用间接的求取方式，具体为：首先要对扫描靶球得到的坐标数据进行圆拟合，然后再计算靶球中心在扫描仪坐标系中的坐标。将靶球中心作为LC与TC的公共点，并采用间接求取靶球中心的方式，在全站仪测量靶球上下、左右边缘方向值时，存在一定的随机误差，并不能准确的获得靶球中心位置，并且对扫描数据进行圆拟合，也会造成一定的误差，从而导致最终的标定精度低。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种标定精度高的二维激光扫描仪标定方法、系统及装置。一种二维激光扫描仪标定方法，包括：获取布置在测量现场的多个标靶反射片的中心点在全站仪坐标系下的坐标；获取扫描仪在小车移动时多个标靶反射片表面的点云数据，并依据惯性测量单元和里程计测量得到的参数数据，将每个扫描时刻的点云数据的坐标转换到基准坐标系下，所述扫描仪设置在所述小车上，所述参数数据包括小车的加速度、角速度和里程值，所述基准坐标系为小车静止时的初始扫描仪坐标系；获取所述点云数据中反射强度大于预设阈值的点的坐标，并依据反射强度大于预设阈值的点云数据与邻居点云数据的距离，形成点集聚类；获取所述点集聚类的重心坐标，将所述点集聚类的重心坐标确定为标靶反射片中心在初始扫描仪坐标系下的坐标；利用标靶反射片中心在全站仪坐标系下的坐标和标靶反射片中心在初始扫描仪坐标系下的坐标，获取扫描仪坐标系与全站仪坐标系的转换参数；利用标志反射片中心在车体坐标系下的坐标和标志反射片中心在全站仪坐标系下的坐标，获取车体坐标系与全站仪坐标系的转换参数；利用所述车体坐标系与全站仪坐标系的转换参数和所述扫描仪坐标系与全站仪坐标系的转换参数，获取车体坐标系与扫描仪坐标系的转换参数。可选的，所述利用标靶反射片中心在全站仪坐标系下的坐标和标靶反射片中心在初始扫描仪坐标系下的坐标，获取扫描仪坐标系与全站仪坐标系的转换参数，具体包括：利用扫描仪坐标系与全站仪坐标系的转换公式，计算得到扫描仪坐标系与全站仪坐标系的转换参数，所述扫描仪坐标系与全站仪坐标系的转换公式为Pl＝KTLRTLPt+TTL+εTL其中，Pl为扫描仪坐标系下的点，Pt为全站仪坐标系下的点，KTL为全站仪坐标系到扫描仪坐标系的尺度参数，RTL为全站仪坐标系到扫描仪坐标系的旋转参数，TTL为全站仪坐标系到扫描仪坐标系的平移参数，εTL为全站仪坐标系到扫描仪坐标系的转换误差。可选的，所述利用标志反射片中心在车体坐标系下的坐标和标志反射片中心在全站仪坐标系下的坐标，获取车体坐标系与全站仪坐标系的转换参数，具体包括：利用车体坐标系与全站仪坐标系的转换公式，计算得到车体坐标系与全站仪坐标系的转换参数，所述车体坐标系与全站仪坐标系的转换公式为Pv＝KTVRTVPt+TTV+εTV其中，Pv为车体坐标系下的点，Pt为全站仪坐标系下的点，KTV为全站仪坐标系到车体坐标系的尺度参数，RTV为全站仪坐标系到车体坐标系的旋转参数，TTV为全站仪坐标系到车体坐标系的平移参数，εTV为全站仪坐标系到车体坐标系的转换误差。可选的，所述利用所述车体坐标系与全站仪坐标系的转换参数和所述扫描仪坐标系与全站仪坐标系的转换参数，获取车体坐标系与扫描仪坐标系的转换参数，具体包括：利用车体坐标系与扫描仪坐标系的转换公式，计算得到车体坐标系与扫描仪坐标系的转换参数，所述车体坐标系与扫描仪坐标系的转换公式为依据所述车体坐标系与扫描仪坐标系的转换公式，得到其中，RLV为扫描仪坐标系到车体坐标系的旋转参数，KLV为扫描仪坐标系到车体坐标系的尺度参数，TLV为扫描仪坐标系到车体坐标系的平移参数。本专利技术还提供了一种二维激光扫描仪标定系统，上述二维激光扫描仪标定方法用于所述标定系统，所述标定系统包括：第一标靶反射片中心获取模块，用于获取布置在测量现场的多个标靶反射片的中心点在全站仪坐标系下的坐标；点云数据获取模块，用于获取扫描仪在小车移动时多个标靶反射片表面的点云数据，并依据惯性测量单元和里程计测量得到的参数数据，将每个扫描时刻的点云数据的坐标转换到基准坐标系下，所述扫描仪设置在所述小车上，所述参数数据包括小车的加速度、角速度和里程值，所述基准坐标系为小车静止时的初始扫描仪坐标系；点集聚类形成模块，用于获取所述点云数据中反射强度大于预设阈值的点的坐标，并依据反射强度大于预设阈值的点云数据与邻居点云数据的距离，形成点集聚类；第二标靶反射片中心获取模块，用于获取所述点集聚类的重心坐标，将所述点集聚类的重心坐标确定为标靶反射片中心在初始扫描仪坐标系下的坐标；第一转换参数获取模块，用于利用标靶反射片中心在全站仪坐标系下的坐标和标靶反射片中心在初始扫描仪坐标系下的坐标，获取扫描仪坐标系与全站仪坐标系的转换参数；第二转换参数获取模块，用于利用标志反射片中心在车体坐标系下的坐标和标志反射片中心在全站仪坐标系下的坐标，获取车体坐标系与全站仪坐标系的转换参数；第三转换参数获取模块，用于利用所述车体坐标系与全站仪坐标系的转换参数和所述扫描仪坐标系与全站仪坐标系的转换参数，获取车体坐标系与扫描仪坐标系的转换参数。可选的，所述第一转换参数获取模块具体包括：第一转换参数计算单元，用于利用扫描仪坐标系与全站仪坐标系的转换公式，计算得到扫描仪坐标系与全站仪坐标系的转换参数，所述扫描仪坐标系与全站仪坐标系的转换公式为Pl＝KTLRTLPt+TTL+εTL本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二维激光扫描仪标定方法，其特征在于，包括：获取布置在测量现场的多个标靶反射片的中心点在全站仪坐标系下的坐标；获取扫描仪在小车移动时多个标靶反射片表面的点云数据，并依据惯性测量单元和里程计测量得到的参数数据，将每个扫描时刻的点云数据的坐标转换到基准坐标系下，所述扫描仪设置在所述小车上，所述参数数据包括小车的加速度、角速度和里程值，所述基准坐标系为小车静止时的初始扫描仪坐标系；获取所述点云数据中反射强度大于预设阈值的点的坐标，并依据反射强度大于预设阈值的点云数据与邻居点云数据的距离，形成点集聚类；获取所述点集聚类的重心坐标，将所述点集聚类的重心坐标确定为标靶反射片中心在初始扫描仪坐标系下的坐标；利用标靶反射片中心在全站仪坐标系下的坐标和标靶反射片中心在初始扫描仪坐标系下的坐标，获取扫描仪坐标系与全站仪坐标系的转换参数；利用标志反射片中心在车体坐标系下的坐标和标志反射片中心在全站仪坐标系下的坐标，获取车体坐标系与全站仪坐标系的转换参数；利用所述车体坐标系与全站仪坐标系的转换参数和所述扫描仪坐标系与全站仪坐标系的转换参数，获取车体坐标系与扫描仪坐标系的转换参数。

【技术特征摘要】
1.一种二维激光扫描仪标定方法，其特征在于，包括：获取布置在测量现场的多个标靶反射片的中心点在全站仪坐标系下的坐标；获取扫描仪在小车移动时多个标靶反射片表面的点云数据，并依据惯性测量单元和里程计测量得到的参数数据，将每个扫描时刻的点云数据的坐标转换到基准坐标系下，所述扫描仪设置在所述小车上，所述参数数据包括小车的加速度、角速度和里程值，所述基准坐标系为小车静止时的初始扫描仪坐标系；获取所述点云数据中反射强度大于预设阈值的点的坐标，并依据反射强度大于预设阈值的点云数据与邻居点云数据的距离，形成点集聚类；获取所述点集聚类的重心坐标，将所述点集聚类的重心坐标确定为标靶反射片中心在初始扫描仪坐标系下的坐标；利用标靶反射片中心在全站仪坐标系下的坐标和标靶反射片中心在初始扫描仪坐标系下的坐标，获取扫描仪坐标系与全站仪坐标系的转换参数；利用标志反射片中心在车体坐标系下的坐标和标志反射片中心在全站仪坐标系下的坐标，获取车体坐标系与全站仪坐标系的转换参数；利用所述车体坐标系与全站仪坐标系的转换参数和所述扫描仪坐标系与全站仪坐标系的转换参数，获取车体坐标系与扫描仪坐标系的转换参数。2.根据权利要求1所述的一种二维激光扫描仪标定方法，其特征在于，所述利用标靶反射片中心在全站仪坐标系下的坐标和标靶反射片中心在初始扫描仪坐标系下的坐标，获取扫描仪坐标系与全站仪坐标系的转换参数，具体包括：利用扫描仪坐标系与全站仪坐标系的转换公式，计算得到扫描仪坐标系与全站仪坐标系的转换参数，所述扫描仪坐标系与全站仪坐标系的转换公式为Pl＝KTLRTLPt+TTL+εTL其中，Pl为扫描仪坐标系下的点，Pt为全站仪坐标系下的点，KTL为全站仪坐标系到扫描仪坐标系的尺度参数，RTL为全站仪坐标系到扫描仪坐标系的旋转参数，TTL为全站仪坐标系到扫描仪坐标系的平移参数，εTL为全站仪坐标系到扫描仪坐标系的转换误差。3.根据权利要求2所述的一种二维激光扫描仪标定方法，其特征在于，所述利用标志反射片中心在车体坐标系下的坐标和标志反射片中心在全站仪坐标系下的坐标，获取车体坐标系与全站仪坐标系的转换参数，具体包括：利用车体坐标系与全站仪坐标系的转换公式，计算得到车体坐标系与全站仪坐标系的转换参数，所述车体坐标系与全站仪坐标系的转换公式为Pv＝KTVRTVPt+TTV+εTV其中，Pv为车体坐标系下的点，Pt为全站仪坐标系下的点，KTV为全站仪坐标系到车体坐标系的尺度参数，RTV为全站仪坐标系到车体坐标系的旋转参数，TTV为全站仪坐标系到车体坐标系的平移参数，εTV为全站仪坐标系到车体坐标系的转换误差。4.根据权利要求3所述的一种二维激光扫描仪标定方法，其特征在于，所述利用所述车体坐标系与全站仪坐标系的转换参数和所述扫描仪坐标系与全站仪坐标系的转换参数，获取车体坐标系与扫描仪坐标系的转换参数，具体包括：利用车体坐标系与扫描仪坐标系的转换公式，计算得到车体坐标系与扫描仪坐标系的转换参数，所述车体坐标系与扫描仪坐标系的转换公式为依据所述车体坐标系与扫描仪坐标系的转换公式，得到其中，RLV为扫描仪坐标系到车体坐标系的旋转参数，KLV为扫描仪坐标系到车体坐标系的尺度参数，TLV为扫描仪坐标系到车体坐标系的平移参数。5.一种二维激光扫描仪标定系统，其特征在于，包括：第一标靶反射片中心获取模块，用于获取布置在测量现场的多个标靶反射片的中心点在全站仪坐标系下的坐标；点云数据获取模块，用于获取扫描仪在小车移动时多个标靶反射片表面的点云数据，并依据惯性测量单元和里程计测量得到的参数数据，将每个扫描时刻的点云数据的坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙海丽，姚连璧，王子轩，张邵华，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11