【技术实现步骤摘要】
一种同时以点与面特征约束的三维激光扫描的检校方法
本专利技术涉及三维激光扫描仪的检校方法，尤其是密集点云成像的三维激光扫描仪，同时参考点与面特征目标的高精度坐标，通过比较扫描仪观测值与参考值间的偏差，对扫描仪观测值中的系统误差进行探测、估计并改正的检校方法。
技术介绍
三维激光扫描是一种非接触式主动测量技术，通过脉冲式或相位式激光测距和瞬时偏转角来快速获取物体表面的精确、密集三维离散点坐标(点云数据)，被称为“实景复制”。并根据扫描仪的位置和姿态，通过空间坐标转换得到外部坐标系下的三维空间坐标；为三维空间信息获取和三维场景构建提供了一种全新的高精度、高分辨率、高效率的技术手段。适用于对地遥感观测、地形测绘、三维建模、无人车和机器人的避障与导航、航天器对接与制导等应用领域均具有广阔的发展前景和应用需求。由于受仪器构造缺陷、工业制造水平、测量环境限制等因素的影响，其观测和处理过程中受多种因素不同程度的影响，导致扫描获得数据与处理结果中带有很大的数据不确定性，且处理结果的数据质量依赖于原始观测数据的精度。扫描仪的系统误差对观测精度...
【技术保护点】
1.一种同时以点与面特征约束的三维激光扫描的检校方法，其特征在于包括如下步骤：/n(1)使用扫描仪在多个站点对物方空间中不同位置的点与面目标进行扫描作为扫描观测值，并使用高精度全站仪三维测量系统获得点与面目标三维坐标作为参考真实值，采用刚体转换的布尔萨模型将扫描观测点集与参考真实点集进行目标到目标的三维配准，将多个扫描站获得的本体坐标系下三维点云转换到物方空间的外部坐标系，将两坐标系间的转换关系作为初始位姿参数；这里获得第j扫描站坐标系到外部坐标系的平移矩阵ΔX
【技术特征摘要】
1.一种同时以点与面特征约束的三维激光扫描的检校方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)使用扫描仪在多个站点对物方空间中不同位置的点与面目标进行扫描作为扫描观测值，并使用高精度全站仪三维测量系统获得点与面目标三维坐标作为参考真实值，采用刚体转换的布尔萨模型将扫描观测点集与参考真实点集进行目标到目标的三维配准，将多个扫描站获得的本体坐标系下三维点云转换到物方空间的外部坐标系，将两坐标系间的转换关系作为初始位姿参数；这里获得第j扫描站坐标系到外部坐标系的平移矩阵ΔXj和旋转矩阵作为初始的位姿参数；同时对点与面目标上的配准点集进行粗差探测，根据3倍的中误差为阈值，将观测值与参考值间距离大于阈值的目标点作为粗差点进行剔除；
(2)以同时布设点状与面状目标为参考目标，参考点与面目标的高精度坐标作为参考真实值，通过比较配准后的三维激光扫描仪观测值与参考值间的所有偏差量，分析扫描仪原始观测量中径向距离ρ、水平角θ和垂直角α所带有的偏差分布情况，发现系统性的偏差，利用系统误差模型对系统性偏差量进行准确描述并用来改正原始观测量，表示为：
Δρ＝a0+a1ρ
Δθ＝b0/cosα+b1tanα
Δα＝c0+c1α
式中，Δρ为径向距离ρ的改正量，a0为测距加常数，a1为测距乘常数；Δθ为水平角θ的改正量，b0为激光光束不垂直于扫描棱镜旋转轴的误差，b1为棱镜旋转轴的倾斜误差；Δα为垂直角α的改正量，c0为垂直角偏差，c1为垂直角尺度误差；
(3)利用最小二乘法对无系统误差参数的配准点集进行最小二乘估计，获得优化的位姿参数和观测量权重；根据权利要求该步骤具体包括以下内容：
(3―1)根据同时参考点和面目标的几何约束条件，建立了点到面的距离、点到点的距离的几何模型，构建三维激光扫描仪同时参考点与面特征的联合观测条件方程为：
式中，为第j扫描站坐标系到外部坐标系的旋转矩阵，为第i个点目标的外部坐标系的坐标向量，为第j个扫描站在外部坐标系的位置坐标向量，为第j个扫描站的第i个扫描点本体坐标向量；为第k个面目标的法向量，dk为扫描原点到目标面的正交...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘向锋，舒嵘，谢锋，徐卫明，王凤香，刘智慧，张长兴，刘成玉，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31
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