1.一种线阵相机与2D激光扫描仪联合标定方法，其特征在于，包括：S1.制作混合标定靶标，建立靶标坐标系；

S2.搭建实验平台；

S3.线阵相机标定数据采集，通过交比不变性原理得到像点对应特征点世界坐标；

S4.建立线阵相机成像模型；

S5.两步标定法线阵相机标定参数解算；

S6.确定激光断面扫描仪与线阵相机点坐标转换的基本方程；

将混合标定靶标多次摆放，三维坐标测量系统观测靶标并且建立靶标坐标系，并且得到靶标平面方程，2D激光扫描仪扫描每个靶标位置摆放的混合标定靶标，得到靶标平面上的扫描线点云数据，2D激光扫描仪的扫描平面是O‑YOZ，即点坐标在x轴方向上为0，则2D激光扫描仪所测的点坐标在它自身坐标系下表达为 ，假设2D激光扫描仪所测的点其对应在线阵相机坐标系下的表达为 ，则从线阵相机上的点坐标到2D激光扫描仪的点坐标变换用式（16）表达：（16）；

则2D激光扫描仪点坐标到线阵相机点坐标变换公式如式（17）：（17）；

其中， 、 分别为线阵相机坐标系到2D激光扫描仪坐标系的旋转矩阵和平移向量，式（17）是2D激光扫描仪与线阵相机点坐标变换的基本方程；

S7.扫描仪数据采集，构建联合标定几何约束模型；

设置三维坐标测量系统和2D激光扫描仪能同时观测到的靶标平面，2D激光扫描仪观测靶标得到靶标平面上由多个激光点组成的扫描线，利用三维坐标测量系统在观测靶标平面上点，通过均匀的平面点坐标计算拟合得到在总体参考坐标系的靶标平面方程，再将靶标平面方程转到线阵相机坐标系下的平面方程如式（18）所示：（18）；

式中， 为靶标平面的单位法向量，满足 ；

为相机点坐标

根据式（18），以及根据平面上单位法向量与平面上一点的乘积，等于向量的模长的原理，得出向量形式的几何约束公式如式（19）：（19）；

式中， 为平行与靶标的平面向量，

， 为靶标平面

上点在相机坐标系下的表达；

得到线阵相机与2D激光扫描仪具体的点‑面约束条件为：激光点在靶标平面上，激光点到相机原点的向量和靶标平面法向量的乘积为相机原点到靶标平面的距离，结合式（17）点坐标转换基本方程，将激光点坐标代入式（19），得到式（20）：（20）；

为靶标平面上点在扫描仪坐标系下的表达；

完成构建线阵相机与2D激光扫描仪之间的几何约束模型；

利用2D激光扫描仪所测的所有点坐标为 这一特点，对点坐标形式改写为 ，则式（20）改写如式（21）所示：（21）；

其中， （21），H为坐标改写后的变换矩阵；

将靶标摆放j次，2D激光扫描仪观测j次，每个靶标上上共有i个扫描仪激光点的坐标带入式（21）得线性公式如式（22）所示：（22）；

式中：

，A为

个点坐标代入后的系数矩阵；

，为方程H中的9个

参数，

；

b为每个扫描仪激光点对应的靶标平面向量的模；对式（22）这个超定方程组，求解其最小二乘解如式（23）：（23）；

令 ，结合旋转矩阵

性质可得式（24）：

（24）；

采用SVD分解近似旋转矩阵，然后将奇异值矩阵用单位阵代替，重新计算得到旋转矩阵，得到最终联合标定结果 和 ；

S8.非线性优化精确求解联合标定参数。

2.根据权利要求1所述的线阵相机与2D激光扫描仪联合标定方法，其特征在于，S1包括：混合标定靶标包括固定件和平面靶标主体，靶标主体包括多个漫反射标志点、1.5英寸正方形激光跟踪仪靶标球孔洞、0.5英寸正方形激光跟踪仪靶标球孔洞和7个交比三角形图案，7个交比三角形图案包括8条直线和7条斜线；

所述固定件支撑靶标主体，在标定数据采集过程中，移动靶标位置后通过固定件进行靶标主体固定；

漫反射标志点适用于经纬仪工业测量系统的非接触式测量，得到自身的三维坐标，标志点在靶标主体上均匀分布，其中三个标志点分别对应靶标坐标系的O点、X点和Y点，OX两点连线为X轴，OY两点连线为Y轴，将O点作为靶标坐标系坐标原点，过O点垂直于O‑XY平面向上定义为Z轴；

激光跟踪仪靶标球孔洞用于激光跟踪仪与其对应的靶标求进行接触式测量，通过孔洞中心点坐标建立靶标坐标系；

根据交比三角形图案的设计尺寸，在靶标坐标系推算获得7个交比三角形图案中所有直线的直线方程；

S2包括：实验平台包括三维坐标测量系统、线阵相机、2D激光扫描仪、线阵相机照明光源和混合标定靶标，三维坐标测量系统包括激光跟踪仪或经纬仪工业测量系统，混合标定靶标通过固定件安置于固定框架上，使三维坐标测量系统、线阵相机和2D激光扫描仪均能够观测到混合标定靶标。

3.根据权利要求2所述的线阵相机与2D激光扫描仪联合标定方法，其特征在于，S3包括：将混合标定靶标放在线阵相机视场范围内，配合线阵相机照明光源打光，使线阵相机能够采集到清晰的标定图片，线阵相机采集完标定图片后，用三维坐标测量系统对混合标定靶标进行测量，以三维坐标测量系统自身的坐标系作为总体坐标系参考基准，靶标坐标系归算在总体坐标参考基准下，同时拟合出靶标平面，将靶标坐标系作为线阵相机内参标定参数解算时的世界坐标系；

在线阵相机实际拍摄时，相机视平面与混合标定靶标上的交比三角形相交，有15个特征点为 ，在实际标定图像上表现为黑色直线，通过边缘检测算法，提取特征点对应的图像点 的像素坐标；

通过交比不变性原理，以及每条线段在靶标平面上的直线方程，计算得到图像点对应的特征点世界坐标 ，其中，特征点 为靶标平面上第i条直线上的交点。

4.根据权利要求3所述的线阵相机与2D激光扫描仪联合标定方法，其特征在于，S4包括：已知在线阵相机中，特征点世界坐标 与其对应图像点的像素坐标(u，v)之间的对应关系如下式：

；

上式即不考虑镜头畸变的相机成像模型，其中， 为旋转矩阵 的9个元素， 包括三个元素组成的平移向量 ，式（1）为线阵相机的视平面方程，式（2）为符合中心投影关系的方程; 表示由世界坐标系到相机坐标系的旋转平移，v为像主点坐标值，v0为线阵相机标定待求解的内参数，代表主点偏移量， 表示像素点在y轴方向上对应的物理尺寸；

考虑y方向的线阵相机畸变，建立仅考虑一阶径向畸变的线阵相机畸变模型如下式：（3）；

其中 为在y轴上的畸变； 为一阶径向畸变系数； ，代表镜头畸变值在像素坐标系下v轴的分量；

综合（1）（2）（3）式得到完整线阵相机成像模型如下式：（4）。

5.根据权利要求4所述的线阵相机与2D激光扫描仪联合标定方法，其特征在于，S5包括：以特征点和图像点之间的对应关系以及线阵相机的成像模型为基础，采用两步法计算线阵相机的几何成像模型参数；

不考虑镜头畸变的影响，通过直接线性变换方法直接求解 、v0和外参数近似值，其中， 均为根据相机旋转矩阵得到的旋转角；

然后将获取的线阵相机内参数和外参数作为初值，在严格的成像模型下利用LM非线性优化方法获取最终的包含一阶径向畸变的线阵相机标定结果；

将公式（1）的 提取出来，并代入式（2）得到式（5）：（5）；

用参数 将相机的内外（5）式中的相机内外参数替代，可得式（6）： ；

分别如式（7）所示：

（7）；

由旋转矩阵的性质可知， ，同时考虑到在 情况下即靶标坐标系原点在视平面的下方，视平面才会与靶标上所有的直线相交，得出式：（8）；

其中 ， 是平 面方程的方程 参数 ，至此 ，解算得出参 数；

令 ， 为缩放系数， 为qi缩放后的结果，由公式（8）并结合旋转矩阵的性质，得式（9）：（9）；

根据旋转矩阵性质可得式（10）：

（10）；

将特征点世界坐标代入公式（7）得式（11）：（11）；

式（11）采用SVD方法进行求解，解算出的参数任意放缩都可以满足，至此，解算得到参数 ；

将计算得到的外方位元素值带入式（11）中 ，联立方程组可解算出：

（12）；

外参数 代表靶标坐标系原点在线阵相机坐标系中的z坐标值，在拍摄影像过程中，靶标始终会在相机的前面， ，通过这一约束条件将式（12）中缩放系数的模糊性消除，至此，线阵相机的所有内外方位元素初值都唯一确定；

通过非线性优化的方法进行参数初值优化求解，得到一阶径向畸变参数 以及优化后的线阵相机内外参数，将3D点的重投影到2D像平面的坐标与实际提取的图像点像素作差，即将3D点的投影位置与观测位置做作差，建立以重投影误差最小化的目标函数进行非线性优化如式（13）：（13）；

其中，表示第一次非线性优化求解线阵相机标定参数方程，为所有待优化参数构成的向量；

所有靶标摆放位置的特征点为 ， 为第i个靶标摆放位置第j个特征点， 为第i个靶标摆放位置第j个特征点所对应提取的像素点v轴坐标，由解算出的相机参数得到的重投影点的像素坐标 ，如式（14）所示：（14）；

利用LM非线性优化方法，得到严格成像模型下最终的线阵相机内外参数以及畸变参数标定结果，结合线阵相机坐标系与混合标定靶标的外参数，将线阵相机坐标系归算到总体坐标参考基准下。

6.根据权利要求1所述的线阵相机与2D激光扫描仪联合标定方法，其特征在于，S8包括：扫描仪在靶标平面上的点坐标并不严格落在靶标平面上，通过对实际点到平面的残差累加和进行非线性优化，减少噪声误差的影响，从而对 和进一步优化，建立以最小化残差和的目标函数如式（25）：（25）；

表示使用LM算法非线性优化求解联合标定参数的目标函数，其中 第j个靶标的法向量， 表示在第j个靶标摆放位置上的第i个点；

非线性优化后得到最终联合标定结果 和 ，至此，通过三维坐标测量系统的辅助，线阵相机以及2D激光扫描仪实现联合标定。