基于参考面约束的车载移动测量系统安置参数检校方法

车载移动测量系统是一种多传感器高度集成的测量设备,系统精度不仅取决于集成的传感器精度,还受激光扫描仪与组合导航系统之间安置参数检校的准确度影响。考虑到安置参数检校方法的便捷、有效性以及系统最终精度评估,提出一种基于参考面特征约束的车载移动测量系统安置参数检校方法。该方法根据包含系统安置参数的激光扫描点定位方程,利用参考面上的激光扫描点到参考面方程距离偏差最小作为约束条件,同时考虑到安置参数旋转量与偏移量间存在相关性,采用分步解算方法将旋转和平移量进行分开求解。最后,通过采集检校场和外场数据进行系统内符合和外符合精度评估。实验结果表明:该方法能够有效的消除安置误差影响,检校后内符合精度为0.007 m,外符合精度为0.024 m。     

车载LiDAR扫描系统安置误差角检校

车载激光雷达系统是集激光扫描仪(LS)、全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)等于一体的多传感器集成系统。激光雷达系统多传感器的时空对准是实现数据融合及高精度三维测量的保障,其中扫描系统安置误差角是影响激光测量点定位精度的主要因素之一。首先分析了车载激光雷达系统中的相关坐标系及坐标系之间的空间转换关系,提出了一种以带有竖直边沿的竖直墙面作为检校场,对LiDAR扫描系统与惯性导航系统之间的安置误差角进行检校的方法。通过构建的车载LiDAR系统安置误差角的检校对所提出的检校方法进行了实验验证。     

国产螺旋式扫描激光雷达系统自检校方法研究

论文提出一种对螺旋式扫描机载激光雷达系统进行安置角自检校的新算法。首先推导了螺旋式扫描激光雷达点云定位的数学模型;然后提取了激光雷达点云数据重叠区的面特征,并构建了基于面特征的激光雷达检校模型;最后,仿真分析了安置角误差对往返航带前后向扫描数据的影响,并利用同名面特征,基于区域网平差方法同时估计了平面参数和安置角参数。实验结果表明,该方法实现了激光雷达安置角的自检校,且绝对精度满足生产数据要求。     

线阵多传感器光轴平行度检校系统研究

多传感器光轴平行度检校是保证线阵主被动成像载荷高精度获取地物多源数据的重要环节.设计了一种适用于该类型载荷的光轴平行度检校系统.该系统基于大口径平行光管结合辅助激光光源的方法,利用图像采集系统获得光斑中心以实现多元线阵激光收发光轴对准;同时,使用可见光线光源引出激光光轴,最终完成线阵可见光光轴与激光光轴之间的平行度检校.该系统能够实现多线阵传感器的主动探测收发光轴及主被动光轴的平行度检校,具有良好的通用性和可扩展性.     

基于共面约束的多线激光雷达相对位置关系检校

多线激光雷达具有成本低、体积小、能直接获取场景地物表面的三维点云数据等优点，已被广泛应用在无人驾驶、移动测量、机器人等领域。为减少遮挡，提高点云密度，两个或多个激光雷达常被集成在一起，互为补充。不同激光雷达的安装位置和姿态不同，要融合激光雷达的点云数据，关键在于对激光雷达之间相对位置关系的检校。为检校激光雷达之间的相互位置关系，提出了基于共面约束的检校算法。算法要求不同的激光雷达同时扫到相同的平面，利用平面在不同坐标系下的对应关系求解激光雷达之间的相互位置关系，并结合Levenberg-Marquardt （L-M）优化算法，提高检校精度。该算法操作简单、通用性强、检校精度高。     

车载三维激光扫描系统安置参数一站式标定

移动测量技术提供了一种高效的数据获取手段,可用于智慧城市建设等诸多领域。三维激光扫描仪具有测量速度快,精度高等优点,将其作为车载系统中的主要测量传感器具有较大的优势。以车载系统集成中三维激光扫描仪安置参数的标定为研究对象,从简化数学模型以降低计算复杂度和削弱舍入误差、采用回光反射材料制作的人工标志作为标定媒介提高标定精度、一站式提高标定效率三个方面对现有标定方法进行改进。通过实测数据计算,该方法得到的参数标定精度为6 mm级,系统的整体设计精度为5 cm级,因此该方案能够满足多种测量任务系对车载统精度的需求。     

利用车载激光点云的分车带识别及单木分割方法

提出了一种基于车载激光点云数据的城区分车带识别及单木点云分割方法,首先通过布料模拟算法进行点云滤波去除地面点,然后利用基于八叉树连通性分析对非地面点进行聚类并构建聚类单元的最小包围矩形,基于先验知识和高差约束进行分车带识别,最后根据单木的空间几何特征,引入基于局部最高点的区域生长算法实现分车带内点云单木分割。选取北京市某道路的车载激光点云数据进行实验,结果表明:该方法能够从车载激光点云中快速识别出分车带点云并完成单木分割,能达到较好的识别和分割效果,具有抗噪性强和提取精度高的特点。     

基于镜像几何约束的单摄像机三维重构

采用带有正八边形标记点的平面镜和单目CCD相机对空间物体进行三维重构。依据镜像对称几何学原理,利用空间物体与其在平面镜中的像构建镜像对称结构。镜像对称物体的单幅透视图几何等价于对称视点下的两幅视图,它们相差一个反射变换,并且具有自极几何对应性。平面镜不仅是对称面,而且还被当作标定平面,并利用灭点约束下的正八边形标记点计算相机外参矩阵。实验验证了该方法的有效性,给出三维重构结果,总结了其优势和局限性。其中设计的正八边形稀疏标记点同时具有正交性和平行性的几何约束,为现场标定相机外参数提供了一种新的解决方案。     

基于平面标靶的线结构光参数一体标定算法

准确地标定系统参数是利用线结构光进行高精度 测量的前提,提出了一种基于平 面标靶的线结构光参数标定算法, 以期达到在工业现场进行高精度标定的目的。系统标定时,需要将激光线投射到平面标靶上 ,并在不同位置拍摄带有激光线 的标靶图像。首先,计算相机内参数;然后,通过内参数确定标靶平面在相机坐标系下的方 程,并由此计算出激光点在相机坐 标系下的三维坐标;最后,通过线性最小二乘方法拟合得到光平面方程。相对于交比不变方 法,本文算法可以获得更加稠密、 准确的标定点。在一种结构光扫描系统中的应用结果表明,本文算法均实可行,光平面标定 平 均误差为0.024mm,系统扫描平均误差为0.035mm。     

基于回光强度的平面标靶自动识别方法

平面标靶在中长距离三维激光扫描仪的检校、数据采集、单点测量等环节中发挥着重要作用,而平面标靶的高精度、自动化识别是在其使用中面临的一个关键问题.在分析扫描数据特点的基础上,提出一种基于回光强度的平面标靶自动识别方法.具体的步骤为:改正回光强度以消除距离的影响;基于回光强度进行阈值分割以得到平面标靶点云;提出一种基于扫描...     

基于线性激光三角法的圆柱对象定位测量研究

为了实现圆柱对象定位点在竖直高度与水平横向两方向位置坐标的一次性准确测量, 采用线性激光三角法建立了线性激光三角法定位测量模型, 并进行了理论分析, 同时依据此方法设计了一套定位测量实验系统。使用工业相机采集被圆柱对象曲面反射的线性激光光斑图像, 选用blob算法根据图像中激光光斑几何特性提取光斑顶点像素坐标, 结合系统标定参量计算了圆柱对象定位点位置坐标。结果表明, 该测量方法在竖直高度与水平横向两方向的最大相对测量误差分别为0.14%与0.89%。该研究成果可用于工业生产中机械手对不同尺寸圆柱对象的抓取定位测量。     

激光旋转扫描测量系统中转轴标定及多视拼合

由于激光扫描一次只能测量给定视角可见的物体表面，若测量物体全方位的形状，必须通过旋转，从多个视角测量物体，并将多视数据拼合于同一坐标系。精确标定转台的中心轴线是旋转测量和多视拼合的关键。提出了一种标定转台中心轴线的新方法．该方法将一个标定球固定于转台上，通过旋转，测量不同位置的标定球，计算不同位置的球心及其所在平面的法矢。再利用几何变换计算球心所在圆的圆心，从而精确标定出转轴的方位，实现了多视测量数据在线自动拼合，提高了数据拼合的精度。对于精度为50μm的测量机。在半径80mm的旋转范围内，拼合误差约为70μm。与以前的方法相比，设计的转轴标定方法简单、高效。在其他安装转台的测量系统中同样适用。     

三维旋转激光扫描测量系统的设计

为了实现三维激光扫描仪的旋转扫描测量问题,用于实现形状复杂的三维柱形物体的数字化测量,在普通三维激光扫描仪的基础上,增加了一个可以自动旋转的数控转台,从而实现了旋转测量的目的。通过在转台上安装标定球的方法来实现转台中心轴线的精确标定,获得了新的转台中心轴线的标定方法和后期的拼合和处理方案。     

Mars-LiDAR系统误差分析及安置角误差飞行检校

机载激光雷达系统是集激光扫描仪、全球定位系统和惯性导航系统等于一体的多传感器集成系统。机载激光雷达的检校和标定是保证激光点云定位精度的关键环节,其中扫描系统安置角误差是影响定位精度的主要因素之一。首先介绍了国产中远程机载激光雷达Mars-LiDAR系统,然后基于误差传播定律对系统误差进行了分析。研究了系统安置角误差的飞行检校方法,采用外场定标的方法将安置角进行动态分离,并通过飞行试验完成了系统安置角误差的动态检校,对Mars-LiDAR系统在3000 m、4000 m飞行高度获取的点云进行了定位精度分析和校正,验证了Mars-LiDAR系统安置角误差检校方法的实用性。     

基于大景深三维扫描仪的机器人"手-眼"标定

针对机器人视觉对便携式三维扫描系统的大景深要求,利用Scheimpflug条件对像平面进行偏转,扩大了扫描系统的景深,并采用了一种将系统整个景深范围分段及进行分段校准的方法,提高了大景深三维扫描系统的测量精度;利用半径已知的球体作为参照工具,提出了一种新的机器人视觉“手-眼”关系标定方法,将姿态关系Rs与位置关系Ts解耦,使用线激光与球体的交线拟合圆恢复球心以及扫描球面拟合球心的方法,分别标定了扫描系统与机器人的旋转和平移关系,从而使机器人能够与扫描仪一起完成扫描任务,扫描精度可以达到0．2mm。实验结果表明,该方法具有精度高及稳定性好的特点。     

基于三维激光扫描的倾斜圆面直径测量系统

针对倾斜圆面的空间几何特征,提出将三维激光扫描技术与虚拟环境 引导定位结合的快速圆面直径测量系统。该系 统通过圆面边缘端点来约束移动激光扫描仪的扫描视角与深度,并在虚拟环境下实时跟随扫 描仪轨迹构建虚拟测量基准面, 进而参考已标识的端点与基准面相对位移变化,来逐步规划扫描仪的轴向运动路径,以此实 现边缘轮廓的自动高质量采样; 依据高度特征变化识别定位圆面边缘端点,并结合空间投影和最小二乘原理拟合出圆面直径 。为验证系统的精度和可靠性, 对处于不同倾斜状态的圆台工件(55±5mm)进行直径检测。结果显 示,系统可在3s内完成直径测量,检测分辨率为5μm、 检测精度为20μm。实际运行结果表明,该设计系统具有高自动性和 高效性,能很好满足在线生产中对倾斜圆面直径的检测要求。     

基于点云的植株表型构建和反射率方向性分析

三维激光扫描可瞬时高效地采集点云信息,在获取植物表型特征上具有独特的优势。植株不规则的几何结构导致了其复杂的光辐射过程。本文使用激光扫描仪采集了四种代表性植株的稠密点云,数字化为三维模型以准确计算结构表型参数。通过将激光点云计算的准确的叶倾角分布和叶面积指数替代传统的SAIL模型中的经验参数,减少了其中间参数,提高了模拟精度。并对模拟反射率和实测反射率进行多角度分析,发现模拟结果在主平面方向有较大提高,垂直主平面方向提高程度相对较弱;植被光谱吸收谷,如450 nm、670 nm,具有较强的光谱异性的同时,结构参数的影响也较为突出,改进后的效果明显,而在近红外反射峰如860 nm则无明显改进。通过本文的研究,证明了利用激光快速获取植物表型参数的可行性,并成功利用准确结构参数解决辐射传输中的难点问题。     

面向线结构光测量的直线空间变换光平面标定方法

为提高标定精度,提出一种基于直线空间变换的光平面标定方法。首先利用互相关模板与5点滑动平均法提取激光条纹中心,然后采用正交回归法拟合图像中的光条直线方程。通过平面单应性变换获得靶标面光条直线方程,进一步再将靶标坐标系中的直线方程转换成Plücker矩阵形式。根据位姿转换关系得到相机坐标系下的直线方程,并建立超静定线面共面约束方程组,使用奇异值分解(SVD)求解光平面方程参数。所提方法测量的标准台阶块长度方均根(RMS)为0.065mm,平均误差小于0.030mm,圆柱直径的测量平均误差与RMS小于0.050mm。结果表明,利用光条自身整体信息拟合光平面,所提方法可实现较高的标定精度且标定过程简单,同时避免对每个特征点进行单独求解。