融合全空间定位引导与局部点云重建的系统标定方法技术方案

本发明专利技术涉及一种融合全空间定位引导与局部点云重建的系统标定方法，包括：

【技术实现步骤摘要】
融合全空间定位引导与局部点云重建的系统标定方法


[0001]本专利技术属于大尺寸点云重建
，涉及一种融合全空间定位引导与局部点云重建的系统标定方法
。

技术介绍

[0002]在智能制造领域，三维点云重建因其重建模型精度高
、
不受复杂几何信息制约等优点，给逆向工程
、
缺陷检测等领域注入了新的活力
。
当前目标点云重建的拼接环节主要采用序列拼接的方式，应用于大尺寸点云重建时，由于单次扫描幅面较小，所需拼接次数过多，导致累积误差过大，最终造成点云重建的精度下降
。
[0003]针对这一问题，可引入全空间定位引导
(
例如，通过高精度激光定位系统进行引导
)
，实时对拼接过程进行引导矫正，将全局拼接误差限制在定位误差以内
。
而该过程必须实现定位引导系统坐标系
(
也就是，高精度激光定位系统的坐标系
)
与扫描仪坐标系的融合统一
。
但是，现在并没有很好的方法能够实现高精度激光定位系统的坐标系与扫描仪坐标系的融合统一
。
[0004]因此，迫切需要研制一种融合全空间定位引导与局部点云重建的系统标定方法
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种融合全空间定位引导与局部点云重建的系统标定方法，该方法精度高，可靠性强，为实现点云拼接环节的高精度全局定位引导提供了理论基础r/>。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种融合全空间定位引导与局部点云重建的系统标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008]1)、
建立点云重建系统，所述点云重建系统包括高精度激光定位系统和扫描仪；
[0009]2)、
建立过渡坐标系
TCS
和点云重建过程数学模型，所述过渡坐标系
TCS
为固定在所述扫描仪顶部的光电接收器阵组的坐标系，所述点云重建过程数学模型为其中，
P
点是点云重建表面任一点，其在所述扫描仪的局部坐标系
LCS
下的坐标为
P
l
，在所述高精度激光定位系统的世界坐标系
WCS
下的坐标为
P
w
，
TCS
与
LCS
之间的转换关系为
TCS
与
WCS
之间的转换关系为
[0010]3)、
获取世界坐标系
WCS
和过渡坐标系
TCS
下的空间点坐标，并基于所述世界坐标系
WCS
和过渡坐标系
TCS
下的空间点坐标求解
TCS
与
WCS
之间的转换关系
[0011]4)、
建立标定过程数学模型，求解
TCS
与
LCS
之间的转换关系所述标定过程数学模型为其中，为标定过程中通过过渡坐标系
‑
四元数参数标定方法获得的世界坐标系
WCS
与过渡坐标系
TCS
之间的转换关系，为标定过程中通过过渡坐标
系
‑
四元数参数标定方法获得的局部坐标系
LCS
与世界坐标系
WCS
之间的转换关系；
[0012]5)、
基于求解得到的和利用确定高精度激光定位系统和扫描仪之间的坐标系转换关系，实现高精度激光定位系统和扫描仪的坐标的统一
。
[0013]优选地，所述步骤
4)
中，标定过程中通过过渡坐标系
‑
四元数参数标定方法获得局部坐标系
LCS
与世界坐标系
WCS
之间的转换关系具体包括：
[0014]设计安装有光电接收器阵列的靶标板并将其放置在高精度激光定位系统和扫描仪的公共测量场中；
[0015]通过随机抽样一致性算法对安装在靶标板上的光电接收器阵列的顶面圆空间进行拟合，获取局部坐标系
LCS
下靶标板上的靶标点坐标；
[0016]通过安装在靶标板上的光电接收器阵列感应所述高精度激光定位系统的发射机发射的激光获得世界坐标系
WCS
下靶标板上的靶标点坐标；
[0017]基于所述局部坐标系
LCS
下靶标板上的靶标点坐标和世界坐标系
WCS
下靶标板上的靶标点坐标，利用四元数法求解局部坐标系
LCS
与世界坐标系
WCS
之间的转换关系
[0018]优选地，所述步骤
4)
中，标定过程中通过过渡坐标系
‑
四元数参数标定方法获得世界坐标系
WCS
与过渡坐标系
TCS
之间的转换关系具体包括：
[0019]利用固定在所述扫描仪顶部的光电接收器阵组获得过渡坐标系
TCS
下靶标板上的靶标点坐标；
[0020]通过安装在靶标板上的光电接收器阵列感应所述高精度激光定位系统的发射机发射的激光获得世界坐标系
WCS
下靶标板上的靶标点坐标；
[0021]基于所述世界坐标系
WCS
下靶标板上的靶标点坐标和过渡坐标系
TCS
下靶标板上的靶标点坐标，利用四元数法求解世界坐标系
WCS
与过渡坐标系
TCS
之间的转换关系
[0022]优选地，所述通过随机抽样一致性算法对安装在靶标板上的光电接收器阵列的顶面圆空间进行拟合，获取局部坐标系
LCS
下靶标板上的靶标点坐标具体包括：
[0023]通过扫描仪获取到靶标板上的光电接收器阵列的点云数据，拟合目标点云中存在可用于空间圆拟合的点集；
[0024]拟合空间圆所在的平面：通过已知点集构建平面方程组，经由最小二乘法求解该平面方程组的方向系数，求得方向系数之后代入已知点坐标联合求解平面方程，获得拟合空间圆所在的平面；
[0025]拟合对象平面圆的圆心的
z
坐标值
z
o
，根据拟合得到的平面方程联立该平面圆方程求解，则拟合得到的空间圆的圆心为
O(x
o
，
y
o
，
z
o
)
，半径为
r。
[0026]优选地，通过随机抽样一致性算法滤除误差点
。
[0027]从点集
P
中随机选取几个点，将其加入初始集合
H
；
[0028]利用点集
H
中的数据，使用上述空间圆拟合方法拟合空间圆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种融合全空间定位引导与局部点云重建的系统标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、
建立点云重建系统，所述点云重建系统包括高精度激光定位系统和扫描仪；
2)、
建立过渡坐标系
TCS
和点云重建过程数学模型，所述过渡坐标系
TCS
为固定在所述扫描仪顶部的光电接收器阵组的坐标系，所述点云重建过程数学模型为其中，
P
点是点云重建表面任一点，其在所述扫描仪的局部坐标系
LCS
下的坐标为
P
l
，在所述高精度激光定位系统的世界坐标系
WCS
下的坐标为
P
w
，
TCS
与
LCS
之间的转换关系为
TCS
与
WCS
之间的转换关系为
3)、
获取世界坐标系
WCS
和过渡坐标系
TCS
下的空间点坐标，并基于所述世界坐标系
WCS
和过渡坐标系
TCS
下的空间点坐标求解
TCS
与
WCS
之间的转换关系
4)、
建立标定过程数学模型，求解
TCS
与
LCS
之间的转换关系所述标定过程数学模型为其中，为标定过程中通过过渡坐标系
‑
四元数参数标定方法获得的世界坐标系
WCS
与过渡坐标系
TCS
之间的转换关系，为标定过程中通过过渡坐标系
‑
四元数参数标定方法获得的局部坐标系
LCS
与世界坐标系
WCS
之间的转换关系；
5)、
基于求解得到的和利用确定高精度激光定位系统和扫描仪之间的坐标系转换关系，实现高精度激光定位系统和扫描仪的坐标的统一
。2.
根据权利要求1所述的融合全空间定位引导与局部点云重建的系统标定方法，其特征在于，所述步骤
4)
中，标定过程中通过过渡坐标系
‑
四元数参数标定方法获得局部坐标系
LCS
与世界坐标系
WCS
之间的转换关系具体包括：设计安装有光电接收器阵列的靶标板并将其放置在高精度激光定位系统和扫描仪的公共测量场中；通过随机抽样一致性算法对安装在靶标板上的光电接收器阵列的顶面圆空间进行拟合，获取局部坐标系
LCS
下靶标板上的靶标点坐标；通过安装在靶标板上的光电接收器阵列感应所述高精度激光定位系统的发射机发射的激光获得世界坐标系
WCS
下靶标板上的靶标点坐标；基于所述局部坐标系
LCS
下靶标板上的靶标点坐标和世界坐标系
WCS
下靶标板上的靶标点坐标，利用四元数法求解局部坐标系
LCS
与世界坐标系
WCS
之间的转换关系
3.
根据权利要求2所述的融合全空间定位引导与局部点云重建的系统标定方法，其特征在于，所述步骤
4)
中，标定过程中通过过渡坐标系
‑
四元数参数标定方法获得世界坐标系
WCS
与过渡坐标系
TCS
之间的转换关系具体包括：利用固定在所述扫描仪顶部的光电接收器阵组获得过渡坐标系
TCS
下靶标板上的靶标点坐标；通过安装在靶标...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘青，王新锋，张鹏，刘飞，王震，尚凯达，李胜鹏，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：