地面三维激光扫描标靶研究

标靶在地面三维激光扫描中的主要作用是点云拼接中的连接点和坐标转换中的控制点.平面型标靶获取精度与扫描角度和扫描距离有关.利用LeicaHDS3000扫描仪通过两个试验分析了不同扫描角度和距离条件下的标靶获取精度指标.     

针对机器人位姿测量立体标靶的单目视觉标定方法

工业机器人末端位姿测量对机器人装配和机器人标定等工作具有重要价值。针对机器人位姿测量中常用标靶受环境光干扰较大、机器人运动空间有限等缺点设计了一款亮度可调、响应迅速的六面体立体标靶,并提出一种基于单目视觉的立体标靶标定方法。通过初始图像对的选择,解决单目视觉中本质矩阵分解得到的平移向量不精确的问题,并采用光束平差法对初始图像场景进行优化;向场景中添加新图像并使用光束平差法对场景进行全局优化,提高特征点重建精度;以精度为5m的平面标定板上的特征点作为真实点,解决单目视觉重建场景缺乏尺度因子的问题。实验表明:特征点三维重建的平均误差小于0.035 mm,能够有效进行立体标靶的标定;使用该标靶计算的机器人位姿信息,将机器的位置精度提高了37%。     

基于反射强度和K-means聚类的平面标靶定位研究

平面标靶的定位是3维激光扫描数据处理过程中的重要一环。为了减小中心坐标提取对多站数据拼接配准、不同坐标系转换、辅助定位等精度的影响,提出了一种基于最小二乘法、K-means聚类法以及扫描点反射强度值的新方法,并进行了理论分析和实例验证,取得了准确的定位数据。首先采用总体最小二乘法对扫描数据中的粗差点进行剔除,然后基于扫描点反射强度值和K-means聚类方法进行区域分类,接着对中心坐标提取,最后对中心坐标进行计算得到坐标位置。结果表明,在一定距离内,该方法可以在实际应用时获得较高的定位准确性,在不同方向上与软件自动识别的坐标相差在亚毫米级,与实际测得标靶距离相差也在亚毫米级。该研究对实现平面标靶中心坐标自动提取是有帮助的。     

地面Lidar平面标靶稳健定位

标靶是地面三维激光扫描技术中必不可少的附件之一,标靶的准确定位对于地面Lidar点云数据处理至关重要。提出基于模糊聚类的稳健平面标靶定位算法,对标靶的分类数、初始聚类中心等问题进行了讨论,并通过稳健平面拟合算法去除点云数据中的异常点,从而获取平面标靶的坐标。实验证明了该算法的有效性与正确性。     

一种基于平面标靶的线结构光视觉传感器标定方法

提出了一种适合于现场的线结构光视觉传感器标定 方法。建立了标定的数学模型,设计了一种平面点阵标靶,提出了坐标映射方法。根据结构 光条纹特征点的图像坐标和对应在标靶坐标系下的坐标,以及 相机内参,计算出标靶坐标系到摄像机坐标系的转移矩阵,再由转移矩阵得到特征点在摄像 机坐标系下的 坐标;在视场范围内,平面标靶按不同位姿摆放多次,获取投射在标靶上的所有特征点,对 这些特征点进 行平面拟合,得到结构光平面在摄像机坐标系下的方程。对标定的精度进行了验证,实验表 明,本文方法标定 过程简单,精度较高,适合于结构光传感器的现场标定。     

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。     

线结构光三维测量系统扫描方向的标定

提出一种基于平面标靶的线结构光三维传感器扫描方向的标定方法。利用平面标靶对摄像头进行标定,得到摄像头的内部参数,将棋盘格平面标靶固定在空间某一位置,测量系统沿着扫描方向移动并采集一系列图像。根据这一系列图像求出摄像机的外部参数,并结合已经求出的摄像机内部参数计算出标靶上同一特征点在摄像机坐标系下的坐标值,对这些点进行直线拟合得到一直线方程,直线的方向就是测量系统的扫描方向。实验表明,该方法测量精度高,操作简单,无需辅助的调整设备,降低了标定设备的成本和系统校准的难度,适合现场标定。     

基于绝对相位标靶的线阵相机标定方法

针对当前线阵相机几何标靶标定精度不足的问题,提出了一种基于绝对相位标靶的线阵相机标定方法。针对线阵相机成像特点,设计了结合相位与格雷码的绝对相位编码标靶。标定时首先由线阵相机获取标靶图像,计算标靶的绝对相位;然后在空间不同位置处摆放标靶,采用辅助面阵相机获取标靶间的相对位置关系,建立线阵相机图像与空间点的精确对应关系;最后采用两步法标定获取线阵相机内两相机间的坐标变换关系。仿真与实验结果表明：标定的最大重投影误差为0.089 pixel,与现有方法相比降低了79.78%,所提方法具有良好的抗噪、抗离焦性。     

基于多个线激光传感器旋转扫描的铸钢车轮在线三维测量技术

提出一种基于二维轮廓数据的旋转扫描系统标定方法。分别对每个传感器采集的二维轮廓数据提取关键特征,通过建立特征间的匹配关系来实现多传感器相对位姿的精确标定;利用激光平面、标靶和转轴三者的几何约束关系来求解转轴的初始解,同时根据标靶的几何尺寸建立目标优化函数,迭代求解出转轴的精确解。实验结果表明,系统测量精度可达0.08 mm,测量时间为20 s,所提方法不仅可替代人工检测,实现车轮尺寸的在线测量,还可以推广应用到其他大型回转体三维测量中。     

无衍射光电子标靶的直接映射标定方法研究

为了实现盾构机的自动导向,研制了一种新型无衍射光电子标靶,给出了该电子标靶系统的构成和姿态角测量原理。针对标靶光学系统难以确定精确光学中心的问题,提出一种新型标定方法,直接将全站仪激光入射在标靶中CCD上的光斑中心位置和全站仪的角度值联系起来,建立一一对应的映射关系数据库。工作时,由光斑中心位置可直接插值得到入射光线的空间角度,再结合电子水平仪读数,计算出标靶的实际坡度角、滚动角和水平方位角,并进而计算盾首中心坐标。结果表明,利用该方法对无衍射光电子标靶进行标定能够获得较高的标定精度,从而在标靶进行测量工作时获得较高的测量精度。     

用于采集交通数据的激光扫描器技术研究

针对交通数据采集应用,设计了一种符合一级激光安全等级的中短距离、高速、高精度脉冲激光扫描器(Laser Scanner)。为了解决激光扫描器的快速、高精度测距问题,提出了一种数字化全波形脉冲检波方法。该方法通过脉冲波形前沿拟合判定激光脉冲的达到时刻,以模拟数字转换器(Analog to Digital Converter, ADC)的采样时钟作为计数器,对回波延时进行计算;再根据回波信号的强度对测距结果进行补偿修正,显著减小了测距幅相误差。扫描器的信号处理基于高速ADC和FPGA实现。测试结果显示,激光扫描器的测距频率达到50000点/s,单点测距精度为±4 cm,能够满足车型自动分类、交通流量调查和客流密度检测等系统的数据采集需求。     

地面激光雷达扫描垂直立面的强度数据模拟

地面激光雷达获取的激光强度数据包含目标的物理和化学信息,因此研究激光强度数据的生成机制就成为对其分析和应用的关键。分析了地面激光雷达的工作特点,提出假设简化了激光强度数据的计算方程,得出影响激光强度数据的3个主要参量:目标反射率、入射角度和扫描距离。以垂直立面为目标分析地面激光雷达扫描的空间点阵间距的非均匀分布特性,并提出衡量扫描点间距非均匀分布程度的计算方程,分析扫描角度的步进值对扫描点间距非均匀分布的影响。根据实际参数模拟垂直立面的激光强度数据,验证了强度数据计算方程并分析了各参量的影响。     

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3维激光扫描技术建筑物建模研究

为了研究建筑物点云数据最佳的3维建模方法,采用3维激光扫描仪获取建筑物点云数据,并进行了一定的预处理;采用3种方法进行建筑物建模,并对这3种建模方法进行了理论分析和实验验证。通过建模效果和复杂度对比分析,发现SketchUp软件建立的模型效果更佳。结果表明,建筑物点云数据用专业建模软件SketchUp建模比扫描仪系统软件CYCLONE和AutoCAD软件建模效果更好。     

light intensity at the return place and encirclement power ratio for the distorted reflected beam based on cat-eye effect

Based on the definition of second order moment and the approximate three-dimensional analytical formula for probe detected laser beam passing through a cat-eye optical lens with center shelter and oblique detector, the analytical expression of the encirclement power ratio of the cat-eye effect reflected light under far-field condition has been deduced. Variable laws of light intensity at the return place and encirclement power ratio are performed by numerical calculation, and are analyzed physically. The results show that the light intensity at the return place decreases monotonically with the increases of the diameter, incidence angle, tilted angle of the detector and the center shelter ratio, but the relationships between these parameters and the encirclement power ratio are all nonmonotonic. The reasonable choice of the focal shift size would result in the largest light intensity at the return place and the largest erirclenent power ratio.     

无外触发的激光扫描仪的时间同步方法研究

采用硬件和软件相结合的方法将sick激光扫描仪和惯性导航装置的数据采集时间统一到GPS的时间下,以GPS时间作为数据开始采集和数据融合的基准时间,通过后期算法实现了Sick激光扫描系统各传感器之间数据的同步融合.根据系统时间同步修正前与修正后的点云对比图详细分析了系统时间同步误差的因素,为以后此类型激光扫描仪在车载激光扫描系统中的应用奠定基础,也为同类设备时间同步方法的实现提供了参考.     

一种改进的激光点云数据精简算法

随着三维激光扫描仪获取的点云数据量越来越大,激光点云数据精简已成为测绘领域中的一个新的研究热点。在对点云数据分层技术研究的基础上,将二维平面曲线精简算法—Douglas-Peucker算法拓展到三维空间并进行改进,使得算法在处理前不需要已知点云间的邻接关系,可以对三维散乱点云数据进行直接处理。借助于Matlab平台编程实现点云数据精简,并利用程序构建精简后的点云数据的网格模型。通过与原始点云的网格模型进行对比分析,实验表明此改进算法的精简效果比较理想。     

新型二维压电光学扫描器

介绍了一种新型二维压电光学扫描器的制备和工作原理,并利用有限元模型对二维压电光学扫描器作了振动模态的分析,最后采用激光多普勒干涉仪测量了二维压电光学扫描器的扫描频率和振动特性。实验表明,二维压电光学扫描器仅用2个双压电晶片驱动反射镜实现二维图像扫描,其器件加工简单,结构设计合理,同时适用于驱动器领域,实现二维驱动。     

激光武器靶面强度参数评估方法

通过对不同应用情况下激光武器靶面强度参数定义及其影响因素的分析,建立了激光武器靶面强度参数评估模型。针对评估模型中的大气传输模型、靶面光斑形状分析、靶面长曝光功率密度、靶面瞬时功率密度概率分布等问题进行了详细的讨论,并给出了相应的计算方法和实验数据分析方法。初步提出了使用蒙特卡洛方法来解决评估模型中评估参数的随机性问题,并对评估参数统计分布的获取进行了简要说明。