利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2022102037861
申请人: 武汉大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

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bi=Tai,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,Ni为点ai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同名点对之间的距离平方和最小;

基于LM非线性优化算法获得移动激光扫描系统标定参数的最小二乘解。

7.根据权利要求6所述的标定方法,其特征在于,所述基于不同航带间的同名点对,建立定位方程,包括:其中, 以及 是两次扫描中P在激光扫描仪坐标系下的测量值,为已知值, 以及 是航带一扫描P时刻POS的位置值以及姿态值组成的旋转矩阵, 以及 是航带二扫描P时刻POS的位置值以及姿态值组成的旋转矩阵,它们均为已知值,只有 与 是未知的,即需要求解的激光扫描仪外参数是未知的;

所述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同名点对之间的距离平方和最小,包括:根据同名点对的定位方程计算同名点对之间的距离差:式中, 与 未知, 代表三个平移参数, 是三个分别绕X轴、Y轴以及Z轴旋转的角度表示的旋转矩阵,式中共有六个互相独立的未知数,将未知数表示为:用f(x)表示同名点对之间的距离差,可得:

所述基于LM非线性优化算法获得移动激光扫描系统标定参数的最小二乘解,包括:当存在m个同名点对时,可列出m个方程,采用LM非线性优化算法通过最小m个方程的平方和获得标定参数的最小二乘解,其中,求解中的目标函数如下式所示:LM(Levenberg‑Marquardt)非线性优化算法通过迭代的方式获得最终解,第k+1次迭代与第k次迭代解的关系为:T ‑1 T

xk+1=xk‑(JJ+λI) Jf;

式中,J为雅可比矩阵,在已知初值的情况下,通过迭代获得移动激光扫描系统的最终外参数。

8.一种移动激光扫描系统参数标定装置,其特征在于,包括: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;

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;

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;

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。

9.一种电子设备,其特征在于,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如权利要求1‑7任一项所述的移动激光扫描系统参数标定方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,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如权利要求1‑7任一项所述的移动激光扫描系统参数标定方法的步骤。