基于旋转式二维激光三维重构系统的标定装置及方法

摘要

本发明提供一种基于旋转式二维激光三维重构系统的标定装置，包括数据采集模块、采集辅助模块、数据传输模块和数据分析处理模块；其中数据采集模块包括二维激光雷达和标定模块，其中标定模块由三个相互垂直的非透明正方形平面组成；采集辅助模块包括支撑架和设置在支撑架上的旋转云台，所述的二维激光雷达设置在旋转云台上，旋转云台由数据分析处理模块控制。本发明能够有效的进行一次数据获取，降低标定繁杂程度，并且快速准确的将二维激光坐标系与世界坐标系相融合，并把标定结果应用到大场景三维重构中。

主权项

一种利用基于旋转式二维激光三维重构系统的标定装置实现的标定方法，其特征在于：基于旋转式二维激光三维重构系统的标定装置包括数据采集模块、采集辅助模块、数据传输模块和数据分析处理模块；其中数据采集模块包括二维激光雷达和标定模块，其中标定模块由三个相互垂直的非透明正方形平面组成；采集辅助模块包括支撑架和设置在支撑架上的旋转云台，所述的二维激光雷达设置在旋转云台上，旋转云台由数据分析处理模块控制；本方法包括以下步骤：S1、通过二维激光雷达在旋转云台的旋转过程中获取大场景距离信息；S2、二维激光雷达与大场景标定建模：运用标定模块，将二维激光雷达与大场景标定转化为视觉领域的perspective‑three‑point问题，对二维激光坐标系与世界坐标系进行统一；定义激光坐标系[X_L,Y_L,Z_L]^T，以激光至标定模块方向为x轴，以扫描方向为y轴，x轴与y轴构成扫描面，垂直于扫描面为z轴；定义世界坐标系[X_W,Y_W,Z_W]^T，以标定模块三个平面交线建立世界坐标系，坐标系满足右手法则；所述的S2具体为：在激光坐标系下，运用二维激光雷达发出的二维激光对标定模块进行测距，使激光同时对三个相互垂直的非透明正方形平面进行扫描，分别得到三条直线，求得三条直线的交点在激光坐标系下的坐标；根据所测距离信息解得三条直线的交点在世界坐标系下的坐标；通过三条直线的交点分别在激光坐标系和世界坐标系下的坐标，建立激光坐标系和世界坐标系的关系矩阵方程：其中，R_L为激光旋转矩阵，T_L为激光平移矩阵，且R_L为3×3矩阵，T_L为3×1矩阵；根据公式(1)解得R_L和T_L；S3、旋转式二维激光标定建模：加入旋转云台的旋转变量，确定二维激光坐标系相对于云台坐标系之间的关系；S4、大场景三维重构数据融合：结合S2和S3，对所测数据进行融合，进行大场景三维重构。