[发明专利]一种移动激光扫描系统参数标定方法及标定装置

说明书

本发明提供一种移动激光扫描系统外参数标定方法及标定装置，标定方法包括：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，对激光点云进行解算，获得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；步骤5，基于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。本发明不需要人工反复调整角度大小，免去大量人工操作，极大地提高了效率并在一定程度上减少了人为操作造成的误差。

技术领域

本发明涉及参数标定领域，更具体地，涉及一种移动激光扫描系统参数标定方法及标定装置。

背景技术

移动激光雷达技术在无人机等移动平台中集成GNSS、IMU、激光扫描仪等传感器，采用直接地理定向技术，实现在平台的运动过程中高效获取地物的三维空间信息和属性信息，广泛应用于农林业调查、军事勘察、水利水电勘察设计、道路设计、国土资源与气象环境调查、国家基础测绘、城市规划、煤矿地质环境动态监测等各大领域中，是目前最先进的地理空间信息获取技术之一。

在移动激光扫描系统中，激光扫描仪与惯性测量单元(Inertial MeasurementUnit,IMU)刚性的安装于平台中，激光扫描仪坐标系与惯导坐标系之间存在的平移和旋转角度称为移动激光扫描系统的外参数。外参数的不准确是影响移动激光扫描系统定位精度的重要因素，在移动激光扫描系统正式投入使用前，需对外参数进行精确标定。

外参数的平移参数可通过设计图纸精确获得或通过直接量测获得较精确值，而旋转参数无法测量，而设计值往往存在移动的偏差。通常，通过反复解算激光点云并手动不断调整旋转角度的直到不同航线间的点云“完美”重合为止获得“精确”的旋转角度参数。手动标定过程中，Roll角的检校需要飞行方向相反的两条航线对应的点云，由于roll角的存在，来回航线点云在横截面上会存在交叉的错位，如图1所示，调整Roll角的标定角度直至两种颜色点云重合。

Pitch角的检验需要来回两条航带对应的点云。由于Pitch角的存在，平行于航带方向的截面上，高出平均地面的物体会存在错位，且越高错位越明显。如图2所示，调整Pitch角的标定角度值直至两种颜色点云重合。

Heading角的检验需要同向两条航带对应的点云。由于Heading角的存在，平行于航带方向的截面上，高出平均地面的物体会存在错位，且越高错位越明显。如图3中所示，调整Heading角的标定角度直致两种颜色点云重合。

上述反复解算激光点云并手动不断调整旋转角度的直到不同航线间的点云“完美”重合为止获得“精确”旋转角度参数的方法费时费力、效率低下，同时受到不同作业人员主观判断误差的影响，急需自动外参数标定方法提高作业效率。

发明内容

针对通过人工调整参数标定移动激光扫描系统外参数存在的效率低、工作量大、精度难以保证等问题，本发明提出一种移动激光扫描系统参数标定方法，不需要人工反复调整角度大小，免去大量人工操作，极大地提高了效率并在一定程度上减少了人为操作造成的误差。

根据本发明的第一方面，提供了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，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；