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多线激光扫描仪能够实现“非接触式”获取物体的高精度三维信息,并具备体积小、360°扫描、效率高等一系列的特点和优势,近年来在测绘领域得到了广泛的应用和关注。作为移动测量系统的核心组成部分,多线激光扫描仪是获取高分辨率三维空间地理信息数据的主要采集设备,但在实际采集数据时,扫描仪会受各种外界因素影响而存在误差,其精度关乎点云数据的质量。针对多线激光扫描仪因误差存在而无法满足测绘领域高精度测量需求问题,本文开展了多线激光扫描仪的标定工作,从而为评估扫描仪的性能及其采集数据的质量提供可靠基础。具体研究内容和贡献如下:
(1)研究了多线激光扫描仪的主要误差来源及分类方法,并针对点位中误差、扫描仪的系统误差模型进行了理论推导及相关分析。此外,以多线激光扫描仪VLP-16为原型开展了扫描仪误差分析的仿真实验,具体内容包括测距随机误差、测角随机误差、测距系统误差、测角系统误差对扫描仪测量数据质量的影响,从定性分析和定量分析的角度,研究了扫描仪的性能误差参数对其测量精度的影响以及相应的处理方法。
(2)研究了多线激光扫描仪的内参标定方法。本文对多线激光扫描仪静态自标定的数学模型、及标定系统误差参数之间的相关性问题进行分析,研究了降低参数之间相关性的处理方法。此外,将基于平面约束的非线性最小二乘自标定、以及基于柱面约束的非线性最小二乘自标定方法应用到多线激光扫描仪的标定工作中,提出了一种将平面与柱面结合的非线性最小二乘静态自标定方法,并以多线激光扫描仪VLP-16为例开展标定仿真实验和实测实验,进行三种标定算法标定效果的对比分析。
(3)研究了多线激光扫描仪与相机系统的联合外参标定方法。首先以数码相机AS100为例研究了相机内参的标定方法,并在多线激光扫描仪、及相机内参标定的结果基础上,对多线激光扫描仪与相机组成的测量系统进行了外参的标定,并对外参标定结果进行精度评定。
(1)研究了多线激光扫描仪的主要误差来源及分类方法,并针对点位中误差、扫描仪的系统误差模型进行了理论推导及相关分析。此外,以多线激光扫描仪VLP-16为原型开展了扫描仪误差分析的仿真实验,具体内容包括测距随机误差、测角随机误差、测距系统误差、测角系统误差对扫描仪测量数据质量的影响,从定性分析和定量分析的角度,研究了扫描仪的性能误差参数对其测量精度的影响以及相应的处理方法。
(2)研究了多线激光扫描仪的内参标定方法。本文对多线激光扫描仪静态自标定的数学模型、及标定系统误差参数之间的相关性问题进行分析,研究了降低参数之间相关性的处理方法。此外,将基于平面约束的非线性最小二乘自标定、以及基于柱面约束的非线性最小二乘自标定方法应用到多线激光扫描仪的标定工作中,提出了一种将平面与柱面结合的非线性最小二乘静态自标定方法,并以多线激光扫描仪VLP-16为例开展标定仿真实验和实测实验,进行三种标定算法标定效果的对比分析。
(3)研究了多线激光扫描仪与相机系统的联合外参标定方法。首先以数码相机AS100为例研究了相机内参的标定方法,并在多线激光扫描仪、及相机内参标定的结果基础上,对多线激光扫描仪与相机组成的测量系统进行了外参的标定,并对外参标定结果进行精度评定。