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专利号: 2023117091115
申请人: 安徽建筑大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-20
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种机载测深激光雷达扫描轨迹拟合模型,其特征在于,包含以下步骤:步骤1.布设场地,架设经过标定后的双相机立体量测系统和测深激光雷达,设置机载测深激光雷达电机转速D进行开光扫描,同时利用相机完整拍摄下对应转速激光点的扫描轨迹;

步骤2.利用自动化图像识别算法检测出照片上对应激光点的扫描轨迹;

步骤3.构建一种自适应蛋形曲线拟合实际扫描点运动轨迹;

步骤3具体包括以下子步骤:

a)设定扫描镜法线方向与扫描转轴夹角α,激光发射方向与扫描转轴夹角β,通过转镜转动,扫描出一个近似卵型的扫描轨迹,利用光线反射定律推导出激光出射方向向量,建立扫描点与光路系统每个角度之间的耦合关系式,对数据进行模拟,构建出一种蛋形扫描轨迹曲线拟函数为:式中ae、be、ce、de、ee、fe为蛋形曲线参数,x、y为轨迹点对应的图像像点坐标,当ae=0,be=1,ce=0,de=0,ee≠fe≠0时该方程为椭圆方程;

当ae=0,be=1,ce=0,de=0,ee=fe≠0时该方程为圆方程;

b)通过基于Hough变换的椭圆检测方法从影像中提取出扫描点轨迹;

首先对图像进行边缘检测,得到二值化的边缘轮廓图,将边缘图上的点坐标存入数组A,其次对图像上的每一点,计算与上一步所得数组A中点的距离,得到每一点距数组A中点的最大距离,对所有点按最大距离进行排序,取所有点按最大距离中最小值对应的点坐标作为椭圆中心,即是椭圆中心(P、Q),该最大距离即是椭圆长轴长度a,然后将数组A中每一点的数值和刚才得到的三个椭圆参数P、Q、a代入椭圆方程(2)中;

其中:a、b为椭圆的长轴和短轴,P、Q为椭圆中心坐标,θe为椭圆的旋转角度;

最后,再对参数b、θe进行统计,得到峰值超过一定阈值的一组参数即为椭圆,从而实现扫描轨迹自动化检测;

C)依据图像上检测出的扫描轨迹对应的像素点,利用最小二乘方法和蛋形曲线公式,拟合拍摄的扫描轨迹点形成的轨迹方程F(x),用于准确表达机载测深激光雷达扫描轨迹图形,蛋形扫描轨迹曲线拟合公式如下:式中ae、be、ce、de、ee、fe为蛋形曲线参数,x,y为p点对应的像点坐标;

首先将轨迹方程F(x)线性化,取至一次项,利用附有参数的条件平差的函数模型进行参数解算,则改正数平差模型为:

0 0

X为参数向量,为参数向量X的改正数;

0

参数X是由ae、be、ce、de、ee、fe初始值构成的参数向量;

观测值系数对角矩阵A为:

A=diag(a1 a2 …an‑1 an)    (5)对于每个an有:

n表示有n组检测点,每个检测点可列1个方程,x,y表示检测点对应的像点坐标;

T

待求参数系数矩阵B:[b1 b2 … bn‑1 bn],T

W为闭合差向量W=[w1 w2 … wn‑1 wn]最后根据最小二乘准则进行参数解算;

K为联系数向量,为极值函数,P为观测值的权阵;V为观测值向量L的改正数,L为观测向量;

将 对V和 求一阶导数,并令其等于0得:基础方程如下:

‑1 T

V=P AK      (12)

令法方程系数矩阵:

法方程系数矩阵:

得:

将改正数代入,计算出观测值的平差值和参数的平差值;

为观测值的平差值, 为参数的平差值;

在每次计算完成后,需要判断解算精度是否满足迭代阈值要求,直到满足迭代阈值条件结束参数计算。

2.根据权利要求1所述的一种机载测深激光雷达扫描轨迹拟合模型,其特征在于,步骤

1采用双相机立体量测系统进行模型构建,在机载激光测深雷达转速D<50rmp模式下对墙面进行扫描,通过立体量测相机获得两张包含扫描蛋型曲线扫描轨迹的照片以及对应时段扫描的波形数据后,以两张照片中的两个蛋形曲线建立立体像对约束。