一種激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法，該方法包括：選取激光掃描儀多個反射面中的其中一個反射面作為參考反射面，其余的反射面作為待標(biāo)定反射面；利用激光掃描儀分別測量得到參考反射面和待標(biāo)定反射面對應(yīng)的所述被測物體的點云數(shù)據(jù)；其中，每一份點云數(shù)據(jù)均與反射面的參數(shù)一一對應(yīng)；按照預(yù)設(shè)步距間隔對待標(biāo)定反射面的參數(shù)進行疊加調(diào)整，直至根據(jù)疊加調(diào)整后的待標(biāo)定反射面的參數(shù)重新計算出的點云數(shù)據(jù)與參考反射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)符合預(yù)設(shè)要求時，得到待標(biāo)定反射面的標(biāo)定參數(shù)，上述方法能夠自動的對待標(biāo)定反射面的參數(shù)進行標(biāo)定，省時省力，且標(biāo)定后的反射面參數(shù)的精確度較高，進一步使得激光測量結(jié)果也比較精確。
【專利說明】
一種激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及測繪信息技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo) 定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光掃描儀作為測繪地理信息行業(yè)內(nèi)重要的采集數(shù)據(jù)設(shè)備，其利用三維激光掃描 技術(shù)，能夠快速獲取地面特征點的三維坐標(biāo)信息（即點云數(shù)據(jù)）。另外，激光掃描儀根據(jù)載體 的不同可分為:地面三維激光掃描儀、車載三維激光掃描儀及機載三維激光掃描儀等激光 掃描儀，且上述任意一種激光掃描儀均需要采用反射鏡改變激光的反射方向，且利用反射 鏡的轉(zhuǎn)動測量得到整個被測物體的三維坐標(biāo)信息。為了更大程度的增加點云數(shù)據(jù)采集的密 度，現(xiàn)有的激光掃描儀將反射鏡的反射面設(shè)置為多個。
[0003] 然而，在激光掃描儀生產(chǎn)過程中，由于加工和安裝誤差，實際的反射鏡尺寸、夾角、 旋轉(zhuǎn)軸的位置與理論設(shè)計值之間有偏差。如果按照理論設(shè)計值進行被測物體坐標(biāo)的解算， 則由各個反射面反射出去的激光測量到的同一被測物體的坐標(biāo)是不相等的，這樣各個反射 面測量得到的點云疊加在一起會出現(xiàn)物體不重合的現(xiàn)象。為了消除這一現(xiàn)象，需要將反射 鏡各個面的實際尺寸、夾角和位置參數(shù)通過一些方法檢校得到，并應(yīng)用到點云坐標(biāo)解算中 去，這一過程就是對反射面參數(shù)的標(biāo)定。
[0004] 以三個反射面的反射鏡為例，現(xiàn)有反射面參數(shù)的標(biāo)定方法是用三維空間平面方程 來表示各個反射面的實際尺寸、夾角和位置。首先需要對反射面進行編號。如圖1，三個反射 面分別編號為1、2、3。
[0005] 考慮到原點不在1、2、3號反射面上，所以它們的平面方程可表示為：
[0006] aix+biy+ciz = l
[0007] a2X+b2y+C2Z = l
[0008] a3X+b3y+C3Z = l
[0009] 根據(jù)光學(xué)和機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，（aibidhw,2,3)的理論設(shè)計值是已知的。在解算點云 坐標(biāo)的過程中，先將這些理論設(shè)計值代入進行解算，得到各個反射面測量的點云，再對( ai， 3)的值進行人工調(diào)整，使得各個反射面測量的點云物體能重合。
[0010] 發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中的反射面參數(shù)的標(biāo)定方法，采用人工方式進行 參數(shù)調(diào)整，費時費力，且由于點云是否重合依賴于人眼的直觀判斷，使得標(biāo)定的精確度較 差，從而導(dǎo)致后續(xù)的激光測量結(jié)果同樣不精確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法，能夠 自動的對反射面參數(shù)進行標(biāo)定，省時省力，且標(biāo)定后的反射面參數(shù)具有較高的精確度，進一 步使得激光測量結(jié)果也比較精確。
[0012] 第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法，包括激 光掃描儀和被測物體，其中，所述激光掃描儀包括多個反射面;所述方法包括：
[0013] 選取其中一個所述反射面作為參考反射面，其余的所述反射面作為待標(biāo)定反射 面；
[0014] 利用所述激光掃描儀分別測量得到所述參考反射面和所述待標(biāo)定反射面對應(yīng)的 所述被測物體的點云數(shù)據(jù);其中，每一份所述點云數(shù)據(jù)均與反射面的參數(shù)一一對應(yīng)；
[0015] 按照預(yù)設(shè)步距間隔對所述待標(biāo)定反射面的參數(shù)進行疊加調(diào)整，直至根據(jù)疊加調(diào)整 后的待標(biāo)定反射面的參數(shù)重新計算出的點云數(shù)據(jù)與所述參考反射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)符合 預(yù)設(shè)要求時，得到所述待標(biāo)定反射面的標(biāo)定參數(shù)。
[0016] 結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，利 用所述激光掃描儀分別測量得到所述參考反射面和所述待標(biāo)定反射面對應(yīng)的所述被測物 體的點云數(shù)據(jù)，包括：
[0017] 所述激光掃描儀向所述被測物體發(fā)射第一激光信號；
[0018] 利用所述參考反射面或所述待標(biāo)定反射面接收所述被測物體反射的第二激光信 號；
[0019] 根據(jù)發(fā)送所述第一激光信號對應(yīng)的第一時間與接收所述第二激光信號對應(yīng)的第 二時間之間的時間差，計算得到所述參考反射面或所述待標(biāo)定反射面對應(yīng)的所述被測物體 的點云數(shù)據(jù)。
[0020] 結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中，根 據(jù)疊加調(diào)整后的待標(biāo)定反射面的參數(shù)重新計算出點云數(shù)據(jù)，包括：
[0021] 根據(jù)所述待標(biāo)定反射面的參數(shù)、所述待標(biāo)定反射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)及其原始觀測 數(shù)據(jù)之間的函數(shù)關(guān)系，對所述待標(biāo)定反射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)進行反向查找，得到所述待標(biāo) 定反射面對應(yīng)的原始觀測數(shù)據(jù)；
[0022] 按照預(yù)設(shè)步距間隔對所述待標(biāo)定反射面的參數(shù)進行疊加調(diào)整；
[0023] 將疊加調(diào)整后的待標(biāo)定反射面的參數(shù)和所述原始觀測數(shù)據(jù)代入到所述函數(shù)關(guān)系 中，重新計算出對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)。
[0024] 結(jié)合第一方面的第二種可能的實施方式，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第三種 可能的實施方式，其中，待標(biāo)定反射面的標(biāo)定參數(shù)通過如下步驟獲取：
[0025] 按照預(yù)設(shè)步距間隔對所述待標(biāo)定反射面的參數(shù)進行第一疊加調(diào)整；
[0026]利用迭代最近點ICP算法對所述參考反射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)和第一疊加調(diào)整后的 待標(biāo)定反射面的參數(shù)重新計算出的點云數(shù)據(jù)進行配準(zhǔn)處理，得到配準(zhǔn)處理后的第一平移旋 轉(zhuǎn)參數(shù)；
[0027]按照預(yù)設(shè)步距間隔對所述待標(biāo)定反射面的參數(shù)進行循環(huán)的疊加調(diào)整，直至第二疊 加調(diào)整后的待標(biāo)定反射面的參數(shù)重新計算出的點云數(shù)據(jù)經(jīng)過配準(zhǔn)處理后得到的第二平移 旋轉(zhuǎn)參數(shù)與所述第一平移旋轉(zhuǎn)參數(shù)的差值符合預(yù)設(shè)閾值時，停止對所述待標(biāo)定反射面的參 數(shù)的疊加調(diào)整以得到待標(biāo)定反射面的標(biāo)定參數(shù)。
[0028]結(jié)合第一方面的第三種可能的實施方式，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第四種 可能的實施方式，其中，利用迭代最近點ICP算法對所述參考反射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)和疊加 調(diào)整后的待標(biāo)定反射面的參數(shù)重新計算出的點云數(shù)據(jù)進行配準(zhǔn)處理，包括：
[0029]分別對所述參考反射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)的三維直角坐標(biāo)和疊加調(diào)整后的待標(biāo)定 反射面的參數(shù)重新計算出的點云數(shù)據(jù)的三維直角坐標(biāo)進行極坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換處理；
[0030] 利用ICP算法對轉(zhuǎn)換處理后的所述參考反射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)和疊加調(diào)整后的待 標(biāo)定反射面的參數(shù)重新計算出的點云數(shù)據(jù)進行配準(zhǔn)處理。
[0031] 結(jié)合第一方面的第四種可能的實施方式，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第五種 可能的實施方式，其中，點云數(shù)據(jù)所對應(yīng)的三維直角坐標(biāo)按照如下公式進行極坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換 處理：
[0035] 其中，（Χ、γ、ζ)對應(yīng)于所述點云數(shù)據(jù)的三維直角坐標(biāo);(φ、θ、γ)對應(yīng)于所述點 云數(shù)據(jù)的極坐標(biāo)。
[0036] 結(jié)合第一方面的第五種可能的實施方式，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第六種 可能的實施方式，其中，還包括：
[0037]對所述待標(biāo)定反射面的標(biāo)定參數(shù)對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)和所述參考反射面對應(yīng)的點云 數(shù)據(jù)進行疊加處理，得到疊加處理后的所述被測物體的點云數(shù)據(jù)。
[0038] 結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第七種可能的實施方式，其中，所 述反射面為三個;三個所述反射面圍成三棱柱，且鏡面朝外設(shè)置。
[0039] 結(jié)合第一方面的第七種可能的實施方式，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第八種 可能的實施方式，其中，選取其中一個所述反射面作為參考反射面，其余的所述反射面作為 待標(biāo)定反射面，包括：
[0040] 通過垂直式光柵傳感器測量所述三棱柱繞其中心軸進行旋轉(zhuǎn)運動的旋轉(zhuǎn)角度；
[0041] 在所述旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到預(yù)設(shè)角度時，選取其中一個所述反射面作為參考反射面，其 余的所述反射面作為待標(biāo)定反射面。
[0042] 結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第九種可能的實施方式，其中，所 述激光掃描儀為三維激光掃描儀。
[0043] 本發(fā)明實施例提供的激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法，與現(xiàn)有技術(shù)中的反射面 參數(shù)的標(biāo)定方法，采用人工方式進行參數(shù)調(diào)整，費時費力，且標(biāo)定的精確度較差，導(dǎo)致后續(xù) 的激光測量結(jié)果同樣不精確相比，其首先選取激光掃描儀多個反射面中的其中一個反射面 作為參考反射面，其余的反射面作為待標(biāo)定反射面，然后再利用激光掃描儀分別測量得到 參考反射面和待標(biāo)定反射面對應(yīng)的被測物體的點云數(shù)據(jù);其中，每一份點云數(shù)據(jù)均與反射 面的參數(shù)一一對應(yīng)，最后按照預(yù)設(shè)步距間隔對待標(biāo)定反射面的參數(shù)進行疊加調(diào)整，直至根 據(jù)疊加調(diào)整后的待標(biāo)定反射面的參數(shù)重新計算出的點云數(shù)據(jù)與參考反射面對應(yīng)的點云數(shù) 據(jù)符合預(yù)設(shè)要求時，得到待標(biāo)定反射面的標(biāo)定參數(shù)，可見，上述方法能夠自動的對待標(biāo)定反 射面的參數(shù)進行標(biāo)定，省時省力，且標(biāo)定后的反射面參數(shù)的精確度較高，進一步使得激光測 量結(jié)果也比較精確。
[0044]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合 所附附圖，作詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0045] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附 圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對 范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這 些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。
[0046] 圖1示出了傳統(tǒng)的反射面參數(shù)的標(biāo)定方法中反射面標(biāo)號的示意圖；
[0047] 圖2示出了本發(fā)明實施例所提供的一種激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法的流程 圖；
[0048] 圖3示出了本發(fā)明實施例所提供的另一種激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法的流 程圖；
[0049] 圖4示出了本發(fā)明實施例所提供的另一種激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法的流 程圖；
[0050] 圖5示出了本發(fā)明實施例所提供的另一種激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法的流 程圖；
[0051] 圖6示出了本發(fā)明實施例所提供的另一種激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法的流 程圖；
[0052]圖7示出了本發(fā)明實施例所提供的一種激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法的點云 置加效果圖；
[0053] 圖8示出了本發(fā)明實施例所提供的另一種激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法的流 程圖。
【具體實施方式】
[0054] 為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例 中附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅 是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實 施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的 實施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實 施例。基于本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所 有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0055] 考慮到現(xiàn)有技術(shù)中的反射面參數(shù)的標(biāo)定方法，采用人工方式進行參數(shù)調(diào)整，費時 費力，且由于點云是否重合依賴于人眼的直觀判斷，使得標(biāo)定的精確度較差，從而導(dǎo)致后續(xù) 的激光測量結(jié)果同樣不精確?；诖耍景l(fā)明實施例提供了一種激光掃描儀反射面參數(shù)的 標(biāo)定方法，能夠自動的對反射面參數(shù)進行標(biāo)定，省時省力，且利用計算機代替人眼對點云是 否重合進行判斷，標(biāo)定后的反射面參數(shù)具有較高的精確度，進一步使得激光測量結(jié)果也比 較精確。
[0056] 參見圖2所述的本發(fā)明實施例提供的激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法的流程 圖，所述方法具體包括如下步驟：
[0057] S101、選取其中一個反射面作為參考反射面，其余的反射面作為待標(biāo)定反射面；
[0058]具體的，對于激光掃描儀的多個反射面而言，本發(fā)明實施例可以根據(jù)用戶的需要 進行參考反射面的選取，也可以根據(jù)相關(guān)儀器(如垂直式光柵傳感器)選取出參考反射面， 通常來講，參考反射面只有一個，且作為基礎(chǔ)反射面，其他的反射面將作為待標(biāo)定反射面進 行后續(xù)的標(biāo)定處理。
[0059] S102、利用激光掃描儀分別測量得到參考反射面和待標(biāo)定反射面對應(yīng)的被測物體 的點云數(shù)據(jù);其中，每一份點云數(shù)據(jù)均與反射面的參數(shù)一一對應(yīng)；
[0060] 具體的，考慮到地面三維激光掃描儀具有測量精度高、成本低、測試速度快、采集 到點云數(shù)目多、測量效率高等優(yōu)良特性，本發(fā)明實施例所提供的激光掃描儀反射面參數(shù)的 標(biāo)定方法中優(yōu)選采用地面三維激光掃描儀。本發(fā)明實施例中以海達(dá)數(shù)云HS系列地面激光掃 描儀作為待標(biāo)定激光掃描儀。
[0061] 上述激光掃描儀通過發(fā)射激光掃描獲取被測物體表面的三維坐標(biāo)，具體的，其根 據(jù)光脈沖在被攝場景中的傳播和反射時間獲取場景中個點的距離信息，然后再根據(jù)結(jié)構(gòu)光 由經(jīng)過像點和相機光心的直線與光平面的交點得到被測物體各個點的三維坐標(biāo)。
[0062] 另外，對于上述參考反射面和待標(biāo)定反射面而言，由于其反射面的參數(shù)、反射面對 應(yīng)的點云數(shù)據(jù)及其原始觀測數(shù)據(jù)之間符合預(yù)設(shè)函數(shù)關(guān)系，則在原始觀測數(shù)據(jù)不變時，點云 數(shù)據(jù)隨著反射面的參數(shù)而發(fā)生動態(tài)變化，即每一份點云數(shù)據(jù)均與反射面的參數(shù)一一對應(yīng)。 [0063] S103、按照預(yù)設(shè)步距間隔對待標(biāo)定反射面的參數(shù)進行疊加調(diào)整，直至根據(jù)疊加調(diào) 整后的待標(biāo)定反射面的參數(shù)重新計算出的點云數(shù)據(jù)與參考反射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)符合預(yù) 設(shè)要求時，得到待標(biāo)定反射面的標(biāo)定參數(shù)。
[0064] 具體的，對于待標(biāo)定反射面而言，根據(jù)預(yù)設(shè)步距間隔對其反射面的參數(shù)進行疊加 調(diào)整，直至根據(jù)疊加調(diào)整后的待標(biāo)定反射面的參數(shù)重新計算出的點云數(shù)據(jù)與參考反射面對 應(yīng)的點云數(shù)據(jù)符合預(yù)設(shè)要求時，停止對待標(biāo)反射面的參數(shù)進行調(diào)整，從而得到待標(biāo)定反射 面的標(biāo)定參數(shù)。
[0065] 其中，上述預(yù)設(shè)要求是指疊加調(diào)整后的待標(biāo)定反射面的參數(shù)對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)和參 考反射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)之間的ICP(Iterative Closest Points，迭代最近點）結(jié)果的變 化值小于預(yù)設(shè)閾值。同時，為了便于上述ICP算法的實現(xiàn)，本發(fā)明實施例中優(yōu)選的將被測目 標(biāo)選取為表面幾何特征明顯或表面凹凸明顯的物體，或者表面存在連續(xù)重復(fù)的鏤空結(jié)構(gòu)的 物體。
[0066] 本發(fā)明實施例提供的激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法，與現(xiàn)有技術(shù)中的反射面 參數(shù)的標(biāo)定方法，采用人工方式進行參數(shù)調(diào)整，費時費力，且標(biāo)定的精確度較差，導(dǎo)致后續(xù) 的激光測量結(jié)果同樣不精確相比，其首先選取激光掃描儀多個反射面中的其中一個反射面 作為參考反射面，其余的反射面作為待標(biāo)定反射面，然后再利用激光掃描儀分別測量得到 參考反射面和待標(biāo)定反射面對應(yīng)的被測物體的點云數(shù)據(jù);其中，每一份點云數(shù)據(jù)均與反射 面的參數(shù)一一對應(yīng)，最后按照預(yù)設(shè)步距間隔對待標(biāo)定反射面的參數(shù)進行疊加調(diào)整，直至根 據(jù)疊加調(diào)整后的待標(biāo)定反射面的參數(shù)重新計算出的點云數(shù)據(jù)與參考反射面對應(yīng)的點云數(shù) 據(jù)符合預(yù)設(shè)要求時，得到待標(biāo)定反射面的標(biāo)定參數(shù)，可見，上述方法能夠自動的對待標(biāo)定反 射面的參數(shù)進行標(biāo)定，省時省力，且標(biāo)定后的反射面參數(shù)的精確度較高，進一步使得激光測 量結(jié)果也比較精確。
[0067]為了更好的生成被測物體的點云數(shù)據(jù)，上述S102的生成過程，具體通過如下步驟 實現(xiàn)，參見圖3所示的流程圖，所述方法還包括：
[0068] S201、激光掃描儀向被測物體發(fā)射第一激光信號；
[0069] S202、利用參考反射面或待標(biāo)定反射面接收被測物體反射的第二激光信號；
[0070] S203、根據(jù)發(fā)送第一激光信號對應(yīng)的第一時間與接收第二激光信號對應(yīng)的第二時 間之間的時間差，計算得到參考反射面或待標(biāo)定反射面對應(yīng)的被測物體的點云數(shù)據(jù)。
[0071 ]具體的，上述激光掃描儀首先周期性的驅(qū)動自身包括的激光二極管向被測物體發(fā) 射第一激光信號，然后由參考反射面或待標(biāo)定反射面接收被測物體后向反射的第二激光信 號，最后利用穩(wěn)定的石英時鐘對發(fā)送第一激光信號對應(yīng)的第一時間和接收第二激光信號對 應(yīng)的第二時間的時間差作計數(shù)，并通過相關(guān)微電腦處理原始數(shù)據(jù)，從而計算出采樣點的空 間距離，通過傳動裝置的掃描運動，完成對被測物體的全方位掃描，進一步獲取得到被測物 體表面的點云數(shù)據(jù)。
[0072] 考慮到在對待標(biāo)定反射面的參數(shù)進行疊加調(diào)整時，需要根據(jù)疊加調(diào)整后重新計算 出的點云數(shù)據(jù)對參考反射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)進行分析判斷，以得到最終的待標(biāo)定反射面的 標(biāo)定參數(shù)，在上述整個標(biāo)定過程中，參考反射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)不變，待標(biāo)定反射面的參數(shù) 疊加調(diào)整后對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)將動態(tài)變化，可見，根據(jù)疊加調(diào)整后的待標(biāo)定反射面的參數(shù)重 新計算出點云數(shù)據(jù)是本發(fā)明實施例所提供的激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法中的重要 環(huán)節(jié)，參見圖4，其通過如下步驟進一步實現(xiàn)：
[0073] S301、根據(jù)待標(biāo)定反射面的參數(shù)、待標(biāo)定反射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)及其原始觀測數(shù) 據(jù)之間的函數(shù)關(guān)系，對待標(biāo)定反射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)進行反向查找，得到待標(biāo)定反射面對 應(yīng)的原始觀測數(shù)據(jù)；
[0074] S302、按照預(yù)設(shè)步距間隔對待標(biāo)定反射面的參數(shù)進行疊加調(diào)整；
[0075] S303、將疊加調(diào)整后的待標(biāo)定反射面的參數(shù)和原始觀測數(shù)據(jù)代入到函數(shù)關(guān)系中， 重新計算出對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)。
[0076]具體的，首先根據(jù)被測物體的點云坐標(biāo)(X，Y，Z)遍歷原始觀測文件，反向查找到原 始觀測值(hAngle，vAngle，range)。點云坐標(biāo)與原始觀測值的數(shù)學(xué)關(guān)系為：
[0077] (X,Y,Z)=F(hAngle,vAngle, range,ai ,bi, Ci, other) (1)
[0078] 其中，hAngle為原始水平角觀測值，vAngle為原始垂直角觀測值，range為原始距 離觀測值，為反射面參數(shù)，對應(yīng)于反射面的實際尺寸、夾角和位置等參數(shù)，other為 掃描儀其他標(biāo)定參數(shù)。
[0079] 那么，根據(jù)上述分析，可以得知待標(biāo)定反射面對應(yīng)的原始觀測數(shù)據(jù)。對于待標(biāo)定反 射面的原始參數(shù)(a^b^d)而言，按照預(yù)設(shè)步距間隔進行疊加調(diào)整，且每經(jīng)過一次疊加調(diào) 整，均將疊加調(diào)整后的待標(biāo)定反射面的參數(shù)代入上述公式（1)中，重新計算出對應(yīng)的點云數(shù) 據(jù)。
[0080] 其中，上述預(yù)設(shè)步距間隔優(yōu)選為0.001，且每次疊加調(diào)整時，對于三個反射面參數(shù) 均同步遞增一個步距間隔。
[0081] 為了獲取待標(biāo)定反射面的標(biāo)定參數(shù)，上述獲取過程，具體通過如下步驟實現(xiàn)，參見 圖5所示的流程圖，所述方法還包括：
[0082] S401、按照預(yù)設(shè)步距間隔對待標(biāo)定反射面的參數(shù)進行第一疊加調(diào)整；
[0083] S402、利用迭代最近點ICP算法對參考反射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)和第一疊加調(diào)整后 的待標(biāo)定反射面的參數(shù)重新計算出的點云數(shù)據(jù)進行配準(zhǔn)處理，得到配準(zhǔn)處理后的第一平移 旋轉(zhuǎn)參數(shù)；
[0084] S403、按照預(yù)設(shè)步距間隔對待標(biāo)定反射面的參數(shù)進行循環(huán)的疊加調(diào)整，直至第二 疊加調(diào)整后的待標(biāo)定反射面的參數(shù)重新計算出的點云數(shù)據(jù)經(jīng)過配準(zhǔn)處理后得到的第二平 移旋轉(zhuǎn)參數(shù)與第一平移旋轉(zhuǎn)參數(shù)的差值符合預(yù)設(shè)閾值時，停止對待標(biāo)定反射面的參數(shù)的疊 加調(diào)整以得到待標(biāo)定反射面的標(biāo)定參數(shù)。
[0085] 具體的，根據(jù)不同用戶的不同需求，待標(biāo)定反射面的標(biāo)定參數(shù)的獲取一般需要多 次疊加調(diào)整。本發(fā)明實施例所提供的激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法對疊加調(diào)整的次數(shù) 進行了進一步的限定。首先按照預(yù)設(shè)步距間隔對待標(biāo)定反射面的參數(shù)進行第一疊加調(diào)整， 再者利用ICP算法對參考反射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)和第一疊加調(diào)整后的待標(biāo)定反射面的參數(shù) 重新計算出的點云數(shù)據(jù)找出兩個點集的空間變化，以使得它們能夠空間匹配，使得它們能 夠匹配的是第一平移旋轉(zhuǎn)參數(shù)，然后按照預(yù)設(shè)步距間隔對待標(biāo)定反射面的參數(shù)進行循環(huán)的 疊加調(diào)整，直至在第二疊加調(diào)整后的待標(biāo)定反射面的參數(shù)重新計算出的點云數(shù)據(jù)和參考反 射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)經(jīng)過配準(zhǔn)處理后得到的第二平移旋轉(zhuǎn)參數(shù)與第一平移旋轉(zhuǎn)參數(shù)的差 值符合預(yù)設(shè)閾值時，停止對待標(biāo)定反射面的參數(shù)的疊加調(diào)整以得到待標(biāo)定反射面的標(biāo)定參 數(shù)。其中，上述預(yù)設(shè)閾值優(yōu)選為1. Of8。
[0086] 為了便于模擬人眼對點云重合的觀察，本發(fā)明實施例所提供的激光掃描儀反射面 參數(shù)的標(biāo)定方法中還對點云數(shù)據(jù)的三維直角坐標(biāo)進行極坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，參見圖6，上述利用迭 代最近點ICP算法對參考反射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)和疊加調(diào)整后的待標(biāo)定反射面的參數(shù)重新 計算出的點云數(shù)據(jù)進行配準(zhǔn)處理，具體通過如下步驟進行實現(xiàn)：
[0087] S501、分別對參考反射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)的三維直角坐標(biāo)和疊加調(diào)整后的待標(biāo)定 反射面的參數(shù)重新計算出的點云數(shù)據(jù)的三維直角坐標(biāo)進行極坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換處理；
[0088] S502、利用ICP算法對轉(zhuǎn)換處理后的參考反射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)和疊加調(diào)整后的 待標(biāo)定反射面的參數(shù)重新計算出的點云數(shù)據(jù)進行配準(zhǔn)處理。
[0089]具體的，考慮到人工調(diào)整參數(shù)方法中，需要將點云在計算機三維引擎中顯示，同時 將觀察點固定在原點處對各個反射面點云進行觀察，調(diào)整參數(shù)時可以比較直觀的看到重合 情況的變化。而這種觀察方法實際就是在極坐標(biāo)中進行判斷點云是否重合?；诖耍景l(fā)明 實施例中在進行ICP算法處理之前首先進行坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，則ICP輸入坐標(biāo)不再是傳統(tǒng)直角 坐標(biāo)(Χ、γ、ζ)，而是極坐標(biāo)(φ、θ、γ)，且φ為目標(biāo)點與掃描儀坐標(biāo)系原點連線的水平角，Θ 為垂直夾角，γ為目標(biāo)點與原點的距離。一般情況下ICP計算的結(jié)果為平移參數(shù)(d X，dy，dz) 和旋轉(zhuǎn)角(yaw,pitch，roll)，表示兩份點云數(shù)據(jù)之間的相對位置和姿態(tài)關(guān)系。在此步驟中 由于輸入值為極坐標(biāo)，所以其結(jié)果不是一般情況下的物理意義，僅僅表示的是人眼直觀觀 察兩份點云數(shù)據(jù)之間的水平方向的旋轉(zhuǎn)角度，以及垂直方向的旋轉(zhuǎn)角度。但每一次調(diào)整反 射面參數(shù)再進行ICP計算的結(jié)果與上一次的結(jié)果變化量可以作為迭代結(jié)束的條件，當(dāng)這一 變化量足夠小的時候可認(rèn)為迭代完成。
[0090]其中，點云數(shù)據(jù)所對應(yīng)的三維直角坐標(biāo)按照如下公式進行極坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換處理：
[0091 ] φ=&/?χ\2 (J7, X)
[0092] 0=atan2 (Ζ,^Χ2 + Yz)
[0093] + +
[0094] 其中，（Χ、Υ、Ζ)對應(yīng)于點云數(shù)據(jù)的三維直角坐標(biāo)；（φ、θ、γ)對應(yīng)于點云數(shù)據(jù)的 極坐標(biāo)。
[0095] 本發(fā)明實施例所提供的激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法還對待標(biāo)定反射面的 標(biāo)定參數(shù)對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)和參考反射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)進行疊加處理，得到疊加處理后的 被測物體的點云數(shù)據(jù)。參見圖7所示的參考反射面和標(biāo)定后的待標(biāo)定反射面所對應(yīng)的點云 數(shù)據(jù)的一個疊加效果圖，可見，本發(fā)明實施例所提供的激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法 得到的各個反射面的點云數(shù)據(jù)所對應(yīng)的點云物體是相互重合的，從而從側(cè)面論證了本發(fā)明 所實現(xiàn)的標(biāo)定方法的有效性和精確性。
[0096] 本發(fā)明所提供的激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法采用的激光掃描儀的反射面 為多個?？紤]到三個反射面所對應(yīng)的激光掃描儀的實用性，本發(fā)明實施例中的反射面優(yōu)選 為三個，三個反射面的鏡面均朝外設(shè)置，且圍成三棱柱。
[0097] 對于上述三個反射面而言，為了更好選取參考反射面，參見圖8所示的流程圖，上 述選取過程具體通過如下步驟實現(xiàn)：
[0098] S601、通過垂直式光柵傳感器測量三棱柱繞其中心軸進行旋轉(zhuǎn)運動的旋轉(zhuǎn)角度；
[0099] S602、在旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到預(yù)設(shè)角度時，選取其中一個反射面作為參考反射面，其余的 反射面作為待標(biāo)定反射面。
[0100] 本發(fā)明實施例提供的激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法，與現(xiàn)有技術(shù)中的反射面 參數(shù)的標(biāo)定方法，采用人工方式進行參數(shù)調(diào)整，費時費力，且標(biāo)定的精確度較差，導(dǎo)致后續(xù) 的激光測量結(jié)果同樣不精確相比，其首先選取激光掃描儀多個反射面中的其中一個反射面 作為參考反射面，其余的反射面作為待標(biāo)定反射面，然后再利用激光掃描儀分別測量得到 參考反射面和待標(biāo)定反射面對應(yīng)的被測物體的點云數(shù)據(jù);其中，每一份點云數(shù)據(jù)均與反射 面的參數(shù)一一對應(yīng)，最后按照預(yù)設(shè)步距間隔對待標(biāo)定反射面的參數(shù)進行疊加調(diào)整，直至根 據(jù)疊加調(diào)整后的待標(biāo)定反射面的參數(shù)重新計算出的點云數(shù)據(jù)與參考反射面對應(yīng)的點云數(shù) 據(jù)符合預(yù)設(shè)要求時，得到待標(biāo)定反射面的標(biāo)定參數(shù)，可見，上述方法能夠自動的對待標(biāo)定反 射面的參數(shù)進行標(biāo)定，省時省力，且標(biāo)定后的反射面參數(shù)的精確度較高，進一步使得激光測 量結(jié)果也比較精確。
[0101] 本發(fā)明實施例所提供的進行激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法的計算機程序產(chǎn) 品，包括存儲了程序代碼的計算機可讀存儲介質(zhì)，所述程序代碼包括的指令可用于執(zhí)行前 面方法實施例中所述的方法，具體實現(xiàn)可參見方法實施例，在此不再贅述。
[0102] 在本發(fā)明所提供的實施例中，應(yīng)該理解到，所揭露裝置和方法，可以通過其它的方 式實現(xiàn)。以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏 輯功能劃分，實際實現(xiàn)時可以有另外的劃分方式，又例如，多個單元或組件可以結(jié)合或者可 以集成到另一個系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另一點，所顯示或討論的相互之間 的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些通信接口，裝置或單元的間接耦合或通信連 接，可以是電性，機械或其它的形式。
[0103] 所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯 示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個 網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿鶕?jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現(xiàn)本實施例方案的目 的。
[0104] 另外，在本發(fā)明提供的實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可 以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。
[0105] 所述功能如果以軟件功能單元的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，可以 存儲在一個計算機可讀取存儲介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說 對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分或者該技術(shù)方案的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計 算機軟件產(chǎn)品存儲在一個存儲介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺計算機設(shè)備(可以是個 人計算機，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。 而前述的存儲介質(zhì)包括:U盤、移動硬盤、只讀存儲器(R0M，Read-0nly Memory)、隨機存取存 儲器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。
[0106] 應(yīng)注意到:相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一 個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋，此外，術(shù)語"第 一"、"第二"、"第三"等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0107]最后應(yīng)說明的是：以上所述實施例，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，用以說明本發(fā)明 的技術(shù)方案，而非對其限制，本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，盡管參照前述實施例對本發(fā) 明進行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員 在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改或可輕 易想到變化，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改、變化或者替換，并不使 相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實施例技術(shù)方案的精神和范圍。都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護 范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1. 一種激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法，包括激光掃描儀和被測物體，其特征在于， 所述激光掃描儀包括多個反射面;所述方法包括： 選取其中一個所述反射面作為參考反射面，其余的所述反射面作為待標(biāo)定反射面； 利用所述激光掃描儀分別測量得到所述參考反射面和所述待標(biāo)定反射面對應(yīng)的所述 被測物體的點云數(shù)據(jù);其中，每一份所述點云數(shù)據(jù)均與反射面的參數(shù)一一對應(yīng)； 按照預(yù)設(shè)步距間隔對所述待標(biāo)定反射面的參數(shù)進行疊加調(diào)整，直至根據(jù)疊加調(diào)整后的 待標(biāo)定反射面的參數(shù)重新計算出的點云數(shù)據(jù)與所述參考反射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)符合預(yù)設(shè) 要求時，得到所述待標(biāo)定反射面的標(biāo)定參數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法，其特征在于，利用所述激 光掃描儀分別測量得到所述參考反射面和所述待標(biāo)定反射面對應(yīng)的所述被測物體的點云 數(shù)據(jù)，包括： 所述激光掃描儀向所述被測物體發(fā)射第一激光信號； 利用所述參考反射面或所述待標(biāo)定反射面接收所述被測物體反射的第二激光信號； 根據(jù)發(fā)送所述第一激光信號對應(yīng)的第一時間與接收所述第二激光信號對應(yīng)的第二時 間之間的時間差，計算得到所述參考反射面或所述待標(biāo)定反射面對應(yīng)的所述被測物體的點 云數(shù)據(jù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法，其特征在于，根據(jù)疊加調(diào) 整后的待標(biāo)定反射面的參數(shù)重新計算出點云數(shù)據(jù)，包括： 根據(jù)所述待標(biāo)定反射面的參數(shù)、所述待標(biāo)定反射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)及其原始觀測數(shù)據(jù) 之間的函數(shù)關(guān)系，對所述待標(biāo)定反射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)進行反向查找，得到所述待標(biāo)定反 射面對應(yīng)的原始觀測數(shù)據(jù)； 按照預(yù)設(shè)步距間隔對所述待標(biāo)定反射面的參數(shù)進行疊加調(diào)整； 將疊加調(diào)整后的待標(biāo)定反射面的參數(shù)和所述原始觀測數(shù)據(jù)代入到所述函數(shù)關(guān)系中，重 新計算出對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法，其特征在于，待標(biāo)定反射 面的標(biāo)定參數(shù)通過如下步驟獲?。?按照預(yù)設(shè)步距間隔對所述待標(biāo)定反射面的參數(shù)進行第一疊加調(diào)整； 利用迭代最近點ICP算法對所述參考反射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)和第一疊加調(diào)整后的待標(biāo) 定反射面的參數(shù)重新計算出的點云數(shù)據(jù)進行配準(zhǔn)處理，得到配準(zhǔn)處理后的第一平移旋轉(zhuǎn)參 數(shù)； 按照預(yù)設(shè)步距間隔對所述待標(biāo)定反射面的參數(shù)進行循環(huán)的疊加調(diào)整，直至第二疊加調(diào) 整后的待標(biāo)定反射面的參數(shù)重新計算出的點云數(shù)據(jù)經(jīng)過配準(zhǔn)處理后得到的第二平移旋轉(zhuǎn) 參數(shù)與所述第一平移旋轉(zhuǎn)參數(shù)的差值符合預(yù)設(shè)閾值時，停止對所述待標(biāo)定反射面的參數(shù)的 疊加調(diào)整以得到待標(biāo)定反射面的標(biāo)定參數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法，其特征在于，利用迭代最 近點ICP算法對所述參考反射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)和疊加調(diào)整后的待標(biāo)定反射面的參數(shù)重新 計算出的點云數(shù)據(jù)進行配準(zhǔn)處理，包括： 分別對所述參考反射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)的三維直角坐標(biāo)和疊加調(diào)整后的待標(biāo)定反射 面的參數(shù)重新計算出的點云數(shù)據(jù)的三維直角坐標(biāo)進行極坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換處理； 利用ICP算法對轉(zhuǎn)換處理后的所述參考反射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)和疊加調(diào)整后的待標(biāo)定 反射面的參數(shù)重新計算出的點云數(shù)據(jù)進行配準(zhǔn)處理。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法，其特征在于，點云數(shù)據(jù)所 對應(yīng)的三維直角坐標(biāo)按照如下公式進行極坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換處理：其中，（X、Y、Z)對應(yīng)于所述點云數(shù)據(jù)的三維直角坐標(biāo)；（φ、θ、γ )對應(yīng)于所述點云數(shù)據(jù)的 極坐標(biāo)。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法，其特征在于，還包括： 對所述待標(biāo)定反射面的標(biāo)定參數(shù)對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)和所述參考反射面對應(yīng)的點云數(shù)據(jù) 進行疊加處理，得到疊加處理后的所述被測物體的點云數(shù)據(jù)。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法，其特征在于，所述反射面 為三個;三個所述反射面圍成三棱柱，且鏡面朝外設(shè)置。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法，其特征在于，選取其中一 個所述反射面作為參考反射面，其余的所述反射面作為待標(biāo)定反射面，包括： 通過垂直式光柵傳感器測量所述三棱柱繞其中心軸進行旋轉(zhuǎn)運動的旋轉(zhuǎn)角度； 在所述旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到預(yù)設(shè)角度時，選取其中一個所述反射面作為參考反射面，其余的 所述反射面作為待標(biāo)定反射面。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光掃描儀反射面參數(shù)的標(biāo)定方法，其特征在于，所述激光 掃描儀為三維激光掃描儀。
【文檔編號】G01M11/02GK106017873SQ201610567464
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月19日
【發(fā)明人】楊晶, 汪開理, 龔書林, 劉守軍, 胡慶武, 余建偉, 毛慶洲, 姚立, 駱朝亮
【申請人】武漢海達(dá)數(shù)云技術(shù)有限公司