本发明专利技术提供一种移动激光扫描系统外参数标定方法及标定装置，标定方法包括：步骤1，获取移动激光扫描系统扫描的多个航带的激光点云；步骤2，基于移动激光扫描系统的初始外参数和定位数据，对激光点云进行解算，获得大地坐标系下的点云；步骤3，对不同航带的点云，两两之间进行匹配，获得同名点对；步骤4，通过最小化同名点对之间的距离，求解移动激光扫描系统的外参数；步骤5，基于移动激光扫描系统的外参数，重复执行步骤2～步骤4，直到解算前后同名点对之间的平均误差变化量小于阈值，获得移动激光扫描系统的最终外参数。本发明专利技术不需要人工反复调整角度大小，免去大量人工操作，极大地提高了效率并在一定程度上减少了人为操作造成的误差。成的误差。成的误差。
A parameter calibration method and calibration device for mobile laser scanning system
【技术实现步骤摘要】
一种移动激光扫描系统参数标定方法及标定装置
[0001]本专利技术涉及参数标定领域，更具体地，涉及一种移动激光扫描系统参数标定方法及标定装置。
技术介绍
[0002]移动激光雷达技术在无人机等移动平台中集成GNSS、IMU、激光扫描仪等传感器，采用直接地理定向技术，实现在平台的运动过程中高效获取地物的三维空间信息和属性信息，广泛应用于农林业调查、军事勘察、水利水电勘察设计、道路设计、国土资源与气象环境调查、国家基础测绘、城市规划、煤矿地质环境动态监测等各大领域中，是目前最先进的地理空间信息获取技术之一。
[0003]在移动激光扫描系统中，激光扫描仪与惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)刚性的安装于平台中，激光扫描仪坐标系与惯导坐标系之间存在的平移和旋转角度称为移动激光扫描系统的外参数。外参数的不准确是影响移动激光扫描系统定位精度的重要因素，在移动激光扫描系统正式投入使用前，需对外参数进行精确标定。
[0004]外参数的平移参数可通过设计图纸精确获得或通过直接量测获得较精确值，而旋转参数无法测量，而设计值往往存在移动的偏差。通常，通过反复解算激光点云并手动不断调整旋转角度的直到不同航线间的点云“完美”重合为止获得“精确”的旋转角度参数。手动标定过程中，Roll角的检校需要飞行方向相反的两条航线对应的点云，由于roll角的存在，来回航线点云在横截面上会存在交叉的错位，如图1所示，调整Roll角的标定角度直至两种颜色点云重合。
[0005]Pitch角的检验需要来回两条航带对应的点云。由于Pitch角的存在，平行于航带方向的截面上，高出平均地面的物体会存在错位，且越高错位越明显。如图2所示，调整Pitch角的标定角度值直至两种颜色点云重合。
[0006]Heading角的检验需要同向两条航带对应的点云。由于Heading角的存在，平行于航带方向的截面上，高出平均地面的物体会存在错位，且越高错位越明显。如图3中所示，调整Heading角的标定角度直致两种颜色点云重合。
[0007]上述反复解算激光点云并手动不断调整旋转角度的直到不同航线间的点云“完美”重合为止获得“精确”旋转角度参数的方法费时费力、效率低下，同时受到不同作业人员主观判断误差的影响，急需自动外参数标定方法提高作业效率。
技术实现思路
[0008]针对通过人工调整参数标定移动激光扫描系统外参数存在的效率低、工作量大、精度难以保证等问题，本专利技术提出一种移动激光扫描系统参数标定方法，不需要人工反复调整角度大小，免去大量人工操作，极大地提高了效率并在一定程度上减少了人为操作造成的误差。
[0009]根据本专利技术的第一方面，提供了一种移动激光扫描系统参数标定方法，所述移动
激光扫描系统包括激光扫描仪、惯性测量单元和组合定位定姿系统，所述方法包括：
[0010]步骤1，获取移动激光扫描系统扫描的多个航带的激光点云；
[0011]步骤2，基于移动激光扫描系统的初始外参数和定位数据，对所述激光点云进行解算，获得多个航带的大地坐标系下的点云；
[0012]步骤3，对不同航带的点云，两两之间进行匹配，获得不同航带点云之间的同名点对；
[0013]步骤4，通过最小化同名点对之间的距离，求解移动激光扫描系统的外参数，所述移动激光扫描系统的外参数为激光扫描仪相对于惯性测量单元的平移矩阵和旋转矩阵；
[0014]步骤5，基于计算的移动激光扫描系统的外参数，重复执行步骤2～步骤4，直到解算前后同名点对之间的平均误差变化量小于阈值，获得移动激光扫描系统的最终外参数。
[0015]根据本专利技术的第二方面，提供一种移动激光扫描系统参数标定装置，包括：
[0016]获取模块，用于获取移动激光扫描系统扫描的多个航带的激光点云；
[0017]解算模块，用于基于移动激光扫描系统的初始外参数和定位数据，对所述激光点云进行解算，获得多个航带的大地坐标系下的点云；
[0018]配准模块，用于对不同航带的点云，两两之间进行匹配，获得不同航带点云之间的同名点对；
[0019]求解模块，用于通过最小化同名点对之间的距离，求解移动激光扫描系统的外参数，所述移动激光扫描系统的外参数为激光扫描仪相对于惯性测量单元的平移矩阵和旋转矩阵；基于计算的移动激光扫描系统的外参数，重复执行解算模块、配准模块和求解模块，直到解算前后同名点对之间的平均误差变化量小于阈值，获得移动激光扫描系统的最终外参数。
[0020]根据本专利技术的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现移动激光扫描系统参数标定方法的步骤。
[0021]根据本专利技术的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现移动激光扫描系统参数标定方法的步骤。
[0022]本专利技术提供的一种移动激光扫描系统参数标定方法及标定装置，可实现对移动激光扫描系统参数的全自动高效标定，有效节省人力和提高效率；标定过程无需外部控制场，不受飞行场地限制，可随时随地方便地完成移动激光扫描系统外参数的标定。
附图说明
[0023]图1为手动标定过程中，由于roll角的存在来回航线点云在横截面上会存在交叉的错位的示意图；
[0024]图2为手动标定过程中，由于Pitch角的存在，平行于航带方向的截面上，高出平均地面的物体会存在错位的示意图；
[0025]图3为手动标定过程中，由于Heading角的存在，平行于航带方向的截面上，高出平均地面的物体会存在错位的示意图；
[0026]图4为移动激光扫描系统中各传感器及坐标系之间关系示意图；
[0027]图5
‑
1为不存在误差时航带间点云示意图；
[0028]图5
‑
2为存在明显误差时航带间点云示意图；
[0029]图6为本专利技术提供的一种移动激光扫描系统参数标定方法流程图；
[0030]图7为本专利技术的移动激光扫描系统参数标定的整个流程示意图；
[0031]图8为本专利技术提供的一种移动激光扫描系统参数标定装置的结构示意图；
[0032]图9为本专利技术提供的一种可能的电子设备的硬件结构示意图；
[0033]图10为本专利技术提供的一种可能的计算机可读存储介质的硬件结构示意图。
具体实施方式
[0034]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0035]无人机激光扫描系统在无人机的飞行过程中，激光扫描仪连续对地物进行扫描，同时GNSS/INS组合定位定姿系统高频率的记录GNSS观测数据与惯性测量数据，经后处理得到平台的位置与姿态信息。在无人机激光扫描系统中，GNSS/INS组合定位定姿系统提供平台的绝对位置与姿态，激光扫描仪提供地物相对于激光扫描仪坐标系的相本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种移动激光扫描系统参数标定方法，所述移动激光扫描系统包括激光扫描仪、惯性测量单元和组合定位定姿系统，其特征在于，所述方法包括：步骤1，获取移动激光扫描系统扫描的多个航带的激光点云；步骤2，基于移动激光扫描系统的初始外参数和定位数据，对所述激光点云进行解算，获得多个航带的大地坐标系下的点云；步骤3，对不同航带的点云，两两之间进行匹配，获得不同航带点云之间的同名点对；步骤4，通过最小化同名点对之间的距离，求解移动激光扫描系统的外参数，所述移动激光扫描系统的外参数为激光扫描仪相对于惯性测量单元的平移矩阵和旋转矩阵；步骤5，基于计算的移动激光扫描系统的外参数，重复执行步骤2～步骤4，直到解算前后同名点对之间的平均误差变化量小于阈值，获得移动激光扫描系统的最终外参数。2.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述多个航带至少包括往返航带或者多个平行航带。3.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述步骤3，对不同航带的点云，两两之间进行匹配，获得不同航带点云之间的同名点对，包括：基于VGICP算法对不同航带的点云进行匹配，获得不同航带间的同名点对。4.根据权利要求3所述的标定方法，其特征在于，所述基于VGICP算法对不同航带的点云进行匹配，获得不同航带间的同名点对，包括：基于待配准点云和参考点云，通过最近邻点搜索进行配准，所述待配准点云为其中一条航带的点云，参考点云为另一条航带的点云；基于激光点云所在的表面服从高斯分布，定义配准误差；基于所述配准误差，通过最大化似然概率的对数获得待配准点云和参考点云之间的配准参数；基于配准参数，对待配准点云进行变换，对变换后的每一个点，均在参考点云中获得最近邻点，将距离小于设定阈值的最近邻点作为同名点，构成两条不同航带的同名点对。5.根据权利要求4所述的标定方法，其特征在于，所述基于待配准点云和参考点云，通过最近邻点搜索进行配准，包括：定义待配准点云和参考点云用以及表示，N为待配准点云和参考点云的点数；通过最近邻点搜索，使得b
i
＝Ta
i
,T为待配准点云与参考点云之间的变换矩阵，所述变换矩阵为配准参数；所述基于激光点云所在的表面服从高斯分布，定义配准误差，包括：激光点云所在的表面服从高斯分布，即在该假设下，配准误差可定义为：其中，d
′
i
的分布为：
所述基于所述配准误差，通过最大化似然概率的对数获得待配准点云和参考点云之间的最佳变换矩阵包括：通过对配准误差最大化似然概论的对数获得最佳变换矩阵T：其中，N
i
为点a
i
在参考点云中的邻域点个数。6.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述步骤4，通过最小化同名点对之间的距离，求解移动激光扫描系统的外参数，包括：基于不同航带间的同名点对，建立定位方程；基于每一对同名点对的定位方程，构建目标函数，所述目标函数为所有...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈长军，刘华，薛利荣，熊传进，李寒，蒋文利，
申请(专利权)人：东华理工大学武汉珞珈新空科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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