專利名稱：一種激光掃描儀的檢校系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及激光掃描儀，特別是測距用的，基于線掃描的二維激光掃描儀；更 具體而言，本實(shí)用新型涉及對所述掃描儀進(jìn)行檢校，以確定其內(nèi)部誤差檢校系統(tǒng)，屬于遙感 對地觀測和地理信息系統(tǒng)建設(shè)的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光掃描儀的檢校主要目的是驗(yàn)證其性能是否達(dá)到標(biāo)稱的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，并對檢 校過程中發(fā)現(xiàn)的系統(tǒng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。以及對系統(tǒng)誤差過大，不能容忍或無法通過補(bǔ)償來修 正的掃描儀進(jìn)行識別。由于線掃描的激光掃描儀工作原理上的特點(diǎn)，不能對某個特定點(diǎn)精確成像而只能 是“逐線”式的掃描來形成點(diǎn)云，使得其檢校與單點(diǎn)測距的激光測距儀不同，也與傳統(tǒng)的各 種二維成像的傳感器，例如CCD等的檢校有很大不同。圖1是典型的激光掃描儀的結(jié)構(gòu)和工作原理示意圖。其中，發(fā)射器11用于產(chǎn)生激 光脈沖，經(jīng)過發(fā)射透鏡13照射在被掃描物體20上；經(jīng)過被掃描物體20表面的漫反射，反射 光通過接收透鏡14被接收器12接收。發(fā)射器12和接收器13連接到一信號處理單元和一 后處理單元，通過測量發(fā)射光與接收到反射光的時(shí)間差，來計(jì)算掃描儀的坐標(biāo)中心到被掃 描物體的距離。發(fā)射器12作為激光光源，現(xiàn)多使用激光脈沖二極管。對于本實(shí)用新型的線 掃描的激光掃描儀，發(fā)射透鏡13為旋轉(zhuǎn)棱鏡組，每條掃描線的掃描過程中，棱鏡轉(zhuǎn)過預(yù)定 的角度或圈數(shù)。通過改變多棱鏡的旋轉(zhuǎn)速度來調(diào)整掃描的速度。以及，通過棱鏡的角度，來 確定掃描結(jié)果中對應(yīng)的角度參數(shù)。激光掃描儀的原始輸出是以儀器坐標(biāo)系Pi下的極坐標(biāo)形式，其包括距離參數(shù)和 角度參數(shù)兩個方面，測距和測角分別基于不同的原理，其誤差成因和表現(xiàn)也各有不同，大致 來說，激光掃描儀的主要誤差有以下幾種。對激光掃描儀而言，測距精度使其最重要的技術(shù)指標(biāo)。測距誤差產(chǎn)生的原因包括 外因和內(nèi)因兩方面，外因有大氣分布不均勻及大氣擾動、目標(biāo)表面屬性(如表面灰度、材 質(zhì)，最后反映到表面反射率上)等；而內(nèi)因則包括機(jī)械加工和安裝誤差等。由于成因的不 同在誤差的表現(xiàn)上，也體現(xiàn)出不同的特性。大體說來，測距誤差可以用加常數(shù)和乘常數(shù)來表 示，其中，加常數(shù)表示系統(tǒng)的固定誤差，和距離無關(guān)；乘常數(shù)表示可變誤差，與測量的距離結(jié) 果有關(guān)，通常是正相關(guān)。于此同時(shí)，由于激光掃描儀依賴于電機(jī)驅(qū)動的掃描機(jī)構(gòu)(例如旋轉(zhuǎn)棱鏡)來形成 掃描線，且測量的角度值靠一般其內(nèi)部的編碼器來獲取，因而除測距誤差之外，還可能存在 測角誤差。此外，理想條件下360度激光掃描儀工作時(shí)其掃描面應(yīng)該是一個平面，通過棱鏡 旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行360度圓周掃描，然而實(shí)際上由于機(jī)械加工和安裝上存在的誤差，其掃描旋轉(zhuǎn)軸 與出射光路并不完全垂直，導(dǎo)致掃描面是個錐面，錐面和理想的掃描面之間存在一個小小 的錐掃角，檢校中要求出該角度并評估其對后期集成精度的影響。
3[0009]綜上，激光掃描儀的檢校內(nèi)容包括下面幾個單項(xiàng)測距的加常數(shù)、測距的乘常數(shù)、 錐掃角大小、測角誤差、灰度或表面發(fā)射率對測距的影響等?，F(xiàn)有技術(shù)條件下，對激光技術(shù)指標(biāo)的檢校通常用另外一種已經(jīng)檢校好的激光測距 儀(如全站儀)同時(shí)對同一個目標(biāo)進(jìn)行測量，將測量結(jié)果進(jìn)行比較，以確定待檢校設(shè)備的誤 差。但是要將此法直接應(yīng)用于但是二維激光掃描儀的檢校，存在以下困難1) 二維激光掃 描儀的激光是線掃描，無法對某個物方點(diǎn)精確成像，因此很難建立像方點(diǎn)和物方點(diǎn)在空間 上的準(zhǔn)確對應(yīng)關(guān)系，也即無法用檢校儀器(如全站儀)量測同樣的目標(biāo)以比對待檢測設(shè)備 的技術(shù)指標(biāo)；2)部分激光掃描儀發(fā)射的激光光束是非可見光波段，并且數(shù)據(jù)是離散的深度 值，很難像可見光影像數(shù)據(jù)一樣利用布設(shè)已知控制點(diǎn)的方式來檢驗(yàn)系統(tǒng)精度，因?yàn)闊o法確 定掃描線是否掃到了我們想要用來解算的控制點(diǎn)上面。為了解決這些問題，已有的方法是利用一金屬桿作為靶標(biāo)，將其垂直安裝在可用 上下左右移動的導(dǎo)軌上，在檢校過程中，激光掃描儀安置在置平的方箱上，靜止不動。開 啟激光掃描儀，讓其正常采集數(shù)據(jù)，同時(shí)在目標(biāo)方不斷移動靶標(biāo)，讓其在實(shí)時(shí)云圖中顯示出 來，然后再用全站儀獲取靶標(biāo)的外部坐標(biāo)，從點(diǎn)云的實(shí)時(shí)云圖中得到靶標(biāo)在激光掃描儀坐 標(biāo)系下的坐標(biāo)，從而建立靶標(biāo)在兩套坐標(biāo)系中的對應(yīng)關(guān)系，由此進(jìn)行精度檢校。但由于激光 掃描儀的數(shù)據(jù)是離散的采樣值，同時(shí)激光是線掃描，需要不斷上下左右移動靶標(biāo)，才能讓激 光光束順利的獲取靶標(biāo)的坐標(biāo)，實(shí)際操作中相當(dāng)困難，人為誤差因素較多，檢校精度不高。另一種現(xiàn)有的方法是利用激光可以穿透玻璃的特性，在玻璃板上布設(shè)接有靈敏電 流表的硅光電池，當(dāng)有激光光束打到電池上時(shí)，電流表電流就會增大，從而判斷激光所發(fā)射 的光束的準(zhǔn)確位置。之后再沿著這個確定的光束線粘貼標(biāo)志點(diǎn)，通過程序的可視畫面查看 這束光線是否打在標(biāo)志點(diǎn)上，是否有回波信息，這樣做要不斷調(diào)整激光與目標(biāo)之間的位置， 以確保激光光束可以掃描到玻璃上的硅電池，然后再用全站儀獲取靶標(biāo)的實(shí)際坐標(biāo)，實(shí)際 操作中同樣會有較多困難。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的即在于，克服傳統(tǒng)激光掃描儀檢校方法人工工作量大，實(shí)際操 作困難(需要多人配合)的缺點(diǎn)，提供一種能在無需人工干預(yù)的前提下，自動進(jìn)行檢校過程 和實(shí)現(xiàn)高精度校驗(yàn)的激光掃描儀的檢校系統(tǒng)。為此，本實(shí)用新型的核心思路是，一改以往令被測物移動的傳統(tǒng)，通過令激光掃描 儀在精密可控的條件下運(yùn)動，來將激光掃描儀由二維線掃描的檢校狀態(tài)轉(zhuǎn)換為受控三維成 像掃描，從而簡化其內(nèi)部參數(shù)檢校的過程，提高檢校的精度與操作效率。令每個掃描時(shí)刻激 光掃描儀中心的位置是可精確獲得的，同時(shí)又能對目標(biāo)成像，由此建立激光掃描儀內(nèi)部坐 標(biāo)系和靶標(biāo)外部坐標(biāo)之間的對應(yīng)關(guān)系。具體而言，本實(shí)用新型的的激光掃描儀的檢校系統(tǒng)是這樣實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型提供了一種激光掃描儀的檢校系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括中央控制器，其控制整個檢校系統(tǒng)的運(yùn)作和進(jìn)行檢校所需的運(yùn)算處理；精密升降平臺，與所述中央控制器通信連接并可受其控制做可控的勻速升降運(yùn) 動；激光掃描儀，其為待檢校的對象，所述激光掃描儀位于該精密平臺升降平臺之上，由其帶動做平穩(wěn)升降運(yùn)動；多個標(biāo)志點(diǎn)，其分布于所述激光掃描儀的工作區(qū)域內(nèi)，供其測量之用；參考測距儀，與所述中央控制器通信連接，其為檢校精確的距離測量儀器，用以測 量激光掃描儀升降中的起點(diǎn)和終點(diǎn)局部坐標(biāo)以及各標(biāo)志點(diǎn)的局部坐標(biāo)，并傳到中央控制 器；所述激光掃描儀隨升降平臺勻速移動，并測量含所述標(biāo)志點(diǎn)的工作區(qū)域的激光點(diǎn) 云；根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)識別標(biāo)志點(diǎn)中心和確定其儀器坐標(biāo)和采樣時(shí)間，所述中央控制器根據(jù)標(biāo) 志點(diǎn)的采樣時(shí)間和激光掃描儀升降中的起點(diǎn)和終點(diǎn)局部坐標(biāo)計(jì)算各標(biāo)志點(diǎn)中心的采樣時(shí) 刻掃描儀中心的局部坐標(biāo)，并據(jù)以計(jì)算儀器坐標(biāo)和參考測距儀局部坐標(biāo)之間的變換關(guān)系。其中，所述精密升降平臺包括四個角柱，其由高精度滾珠絲杠構(gòu)成；托架，其連 接于各角柱之間；以及平臺驅(qū)動器，其與所述滾珠絲杠傳動連接，控制其運(yùn)動。其中，所述精密升降平臺的平臺驅(qū)動器是直接連接到所述中央控制器或者通過一 驅(qū)動控制器與中央控制器連接。其中較佳地，所述參考測距儀為全站儀。本實(shí)用新型的二維激光掃描儀的檢校系統(tǒng)，利用精密的升降導(dǎo)軌系統(tǒng)，在傳感器 在運(yùn)動的過程中對目標(biāo)成像，通過精密導(dǎo)軌均勻穩(wěn)定的升降速度控制以及與主控計(jì)算機(jī)的 時(shí)間同步，可以準(zhǔn)確的定位各個時(shí)刻激光掃描中心的位置，由此建立物方和像方之間的對 應(yīng)關(guān)系，從而根據(jù)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行高精度檢校。其中，系統(tǒng)通過升降平臺的自動升降，免去了早期靜態(tài)檢校中不斷左右上下移動 金屬桿靶標(biāo)的工作，大大減少了工作量，同時(shí)檢校系統(tǒng)以一定速度勻速平穩(wěn)的升降，可以精 確獲取掃描中心每一時(shí)刻的位置，提高了檢校的可靠性。雖然本實(shí)用新型的激光掃描檢校系統(tǒng)是針對激光靜態(tài)檢校無法成像這一特點(diǎn)而 研發(fā)的，但其對于各種線掃描的傳感器均可適用，例如也可用于線陣相機(jī)掃描成像。從而使 本實(shí)用新型的激光檢校系統(tǒng)可以發(fā)展為目前機(jī)載、車載、地面等激光設(shè)備的共性檢校平臺， 也可以為其它傳感器，如線陣相機(jī)的檢校提供借鑒。

圖1是典型的激光掃描儀的結(jié)構(gòu)和工作原理示意圖；圖2是本實(shí)用新型的激光掃描儀檢校系統(tǒng)的實(shí)施例的組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型的升降平臺的實(shí)施例的立體示意圖；圖4A是本實(shí)用新型的激光掃描儀檢校系統(tǒng)的實(shí)施例的標(biāo)靶布置圖一；圖4B是本實(shí)用新型的激光掃描儀檢校系統(tǒng)的實(shí)施例的標(biāo)靶布置圖二 ；圖5是本實(shí)用新型的激光掃描儀檢校系統(tǒng)的工作流程圖。附圖標(biāo)記說明10-激光掃描儀；11-發(fā)射器；12-接收器；13-發(fā)射透鏡；14-接收透鏡；15-信 號處理單元；16-后處理單元；20-被掃描物體；21-標(biāo)志點(diǎn)；30-精密升降平臺；31-托架； 32-絲杠；33-平臺驅(qū)動器；40-中央控制器；41-驅(qū)動控制器；50-參考測距儀；90-掃描儀 工作區(qū)域。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。首先參考圖2，其是本實(shí)用新型的激光 掃描儀檢校系統(tǒng)的實(shí)施例的組成結(jié)構(gòu)示意圖。其中，激光掃描儀10位于可控制的精密升降 平臺30之上，可隨升降平臺一起升降，升降平臺由其平臺驅(qū)動器驅(qū)動做升降運(yùn)動。在激光 掃描儀的周圍布置多個標(biāo)志點(diǎn)21，標(biāo)志點(diǎn)的數(shù)量至少應(yīng)滿足激光掃描儀儀器坐標(biāo)到參考測 距儀的局部坐標(biāo)之間的坐標(biāo)變換矩陣參數(shù)識別的需要。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)檢校的誤差類別 的不同側(cè)重，可以靈活地設(shè)計(jì)標(biāo)志點(diǎn)的位置和分布。升降平臺的結(jié)構(gòu)在本實(shí)用新型并不做特別的限制，只要是能在受控條件下帶動激 光掃描儀勻速平動即可。一種優(yōu)選的簡單實(shí)現(xiàn)形式請參考圖3。該平臺由四根作為角柱支 撐，角柱可由絲杠32構(gòu)成，一個或一個以上的托架31連結(jié)在四個角柱之間，隨絲杠32做上 下運(yùn)動。平臺驅(qū)動器可以是例如馬達(dá)，其帶動絲杠32選轉(zhuǎn)，進(jìn)而控制托架運(yùn)動。激光掃描儀同時(shí)連接到一中央控制器40，以對掃描的數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理和控制掃 描儀工作等，該中央控制器40可由計(jì)算機(jī)、工控機(jī)或其它有計(jì)算能力的裝置如DSP等實(shí)現(xiàn)， 通常PC或筆記本電腦即可。中央控制器同時(shí)通過驅(qū)動控制器41驅(qū)動平臺驅(qū)動器33來控 制精密升降平臺30的運(yùn)動；或者如果選擇的平臺驅(qū)動器支持與中央控制器的直接通訊連 接的話，也可省略驅(qū)動控制器。已經(jīng)校驗(yàn)好的參考測距儀50是用來近似測量掃描儀工作區(qū)域的物體對象，包括 標(biāo)志點(diǎn)的近似外部絕對坐標(biāo)的，例如可由全站儀等儀器實(shí)現(xiàn)。在本實(shí)用新型中，將由參考測 距儀50測得的坐標(biāo)稱為局域坐標(biāo)，用Pc表示；而將激光掃描儀的原始坐標(biāo)稱為儀器坐標(biāo)， 用Pi表示。從儀器坐標(biāo)到局域坐標(biāo)的變換，可以通過對標(biāo)志點(diǎn)的識別和定位，根據(jù)與點(diǎn)云 的“拼接”類似的原理，以最小二乘法等數(shù)值方法來求解。參考測距儀50測得的局域坐標(biāo) 被送到中央控制器40，在那里完成所述從儀器坐標(biāo)到局域坐標(biāo)變換的求解。下面結(jié)合圖5對本實(shí)用新型檢校系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)用新型的主要思 想是設(shè)置多個標(biāo)志點(diǎn)作為控制點(diǎn)，通過升降平臺帶動激光掃描儀勻速運(yùn)動，對標(biāo)志點(diǎn)成像， 根據(jù)已校正的參考測距儀，一般來說可用全站儀，來測量標(biāo)志點(diǎn)的局部坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)從儀 器坐標(biāo)到局部坐標(biāo)的坐標(biāo)變換。首先在步驟S10，進(jìn)行檢校測量前的準(zhǔn)備，在掃描儀工作區(qū)域內(nèi)布設(shè)多個標(biāo)志點(diǎn)。 標(biāo)志點(diǎn)實(shí)際上起到標(biāo)靶的作用，一般來說其設(shè)置位置會影響到坐標(biāo)變換的精度。所以最好 是能均勻分布在激光掃描儀的整個工作區(qū)域，對于檢校來說，最好是均勻分布于360度的 場景之內(nèi)，并讓激光在上升和下降的距離范圍內(nèi)能順利掃描到標(biāo)志點(diǎn)。激光掃描儀在測量模式時(shí)的工作狀態(tài)通常是掃描方向垂直于水平前進(jìn)方向，水平 放置，如果在車載平臺上，其360度全周掃描的范圍通常是包括地面和天空大部分點(diǎn)，這些 區(qū)域不利于布設(shè)標(biāo)志點(diǎn)，因此在本實(shí)用新型中，檢校時(shí)為將激光掃描儀安裝在升降導(dǎo)軌上 由下向上運(yùn)動，相當(dāng)于前進(jìn)方向是上下的。此時(shí)掃描方向依然垂直于前進(jìn)方向，但激光此時(shí) 掃描的范圍是與導(dǎo)軌的范圍在同一高度，如果將激光檢校裝置置于一個四面環(huán)墻的區(qū)域， 則四面的墻壁都可以用來布設(shè)標(biāo)志點(diǎn)，這對于檢校激光掃描儀360度各個方位的測角誤差 比較有利。根據(jù)檢校的誤差種類的側(cè)重不同，可以選擇不同的標(biāo)志點(diǎn)布置形式。例如，測定錐 掃角時(shí)，各標(biāo)志點(diǎn)21可分布于激光掃描儀10的四周，遍布整個掃描儀工作區(qū)域90，如圖4A所示。而測定乘常數(shù)、加常數(shù)時(shí)，由于要進(jìn)行不同掃描距離的測量，可以選擇具有縱深的行 道成線行設(shè)置標(biāo)志點(diǎn)，如圖4B所示。在日常環(huán)境中，可選擇縱向的行道兩旁的樹上一定高 度處間隔設(shè)置標(biāo)志點(diǎn)，讓激光可以檢校大的距離范圍(如2-300米)內(nèi)的不同距離參數(shù)。至于標(biāo)志點(diǎn)的具體形制，以便于從點(diǎn)云中自動識別為優(yōu)。例如，可取高反射率的交 通反光紙以十字的方式組成，入射激光掃描到該材料的標(biāo)志時(shí)，發(fā)生鏡面發(fā)射，點(diǎn)云圖上呈 現(xiàn)無點(diǎn)的空白區(qū)域，該標(biāo)志點(diǎn)的中心云圖坐標(biāo)可通過周邊的點(diǎn)坐標(biāo)內(nèi)插得到?；蛘?，由于現(xiàn) 今的許多激光掃描儀均預(yù)設(shè)有預(yù)定義的標(biāo)靶，使用待檢校的激光掃描儀的預(yù)定義標(biāo)靶作為 標(biāo)志點(diǎn)，由于掃描儀會自動在標(biāo)靶附近密集采點(diǎn)，也能獲得對標(biāo)靶位置較為精確的測量結(jié)
^ ο關(guān)于標(biāo)志點(diǎn)的選擇和設(shè)置可以進(jìn)一步參閱現(xiàn)有技術(shù)的已有成果，例如朱凌，“地 面三維激光掃描標(biāo)靶研究”，激光雜志，Vol. 29，No. 1，2008。以及其引用的參考文獻(xiàn)中的分 析和論述。在步驟S20，控制掃描儀沿垂直于掃描方向的軸線勻速升降，并對工作區(qū)域測量成 像。這可以通過控制平臺驅(qū)動器來帶動作為精密導(dǎo)軌的絲杠運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)。隨著平臺的升降， 激光掃描儀將能夠?qū)ぷ鲄^(qū)域內(nèi)的物體進(jìn)行成像，獲得點(diǎn)云圖案。其中，中央控制器連接激光掃描儀及升降平臺的平臺驅(qū)動器，由中央控制器啟動 激光掃描儀，在檢測到激光掃描儀正常采集數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送脈沖驅(qū)動升降平臺運(yùn)動，平臺升降 的速度可以控制，但在整個升降過程中要保持穩(wěn)定勻速。精密升降平臺由四根高精度滾珠 絲杠成平行四邊形排列組成，舉升時(shí)系統(tǒng)上下垂直運(yùn)動，帶動傳感器平臺上下平穩(wěn)運(yùn)動，運(yùn) 動平穩(wěn)而且安裝方便。于此同時(shí)，進(jìn)行步驟S30，用參考測距儀。如全站儀，獲取激光掃描儀掃描中心在升 降前后的局部坐標(biāo)。所謂掃描中心可以視為激光掃描儀儀器坐標(biāo)系的原點(diǎn)，一般是對應(yīng)測 量激光掃描儀掃描鏡的中心。在步驟S40，用參考測距儀獲取標(biāo)志點(diǎn)的局部坐標(biāo)，以作為比較之用。步驟S50，識別激光掃描儀點(diǎn)云中的標(biāo)志點(diǎn)及其儀器坐標(biāo)，并提取標(biāo)志點(diǎn)的掃描時(shí) 間。由于對標(biāo)志點(diǎn)形式的特殊設(shè)定，使得其可以很容易從點(diǎn)云中進(jìn)行識別，這一步驟與點(diǎn) 云拼接或地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中對標(biāo)靶的識別和處理大致相同，可以利用掃描儀數(shù)據(jù)處理軟件完 成，或自行編程實(shí)現(xiàn)，在此不再贅述。獲取標(biāo)志點(diǎn)在云圖中位置后，其儀器坐標(biāo)也就可知了。 同時(shí)，由于激光掃描儀在工作時(shí)，對于云圖中“點(diǎn)”，其時(shí)間是可由內(nèi)部的計(jì)數(shù)器給出的，因 此，識別出點(diǎn)云中的標(biāo)志點(diǎn)中心坐標(biāo)后，亦可相應(yīng)獲得其時(shí)間信息。為了敘述方便形象，將 點(diǎn)云中的坐標(biāo)稱為像方坐標(biāo)，而將標(biāo)志點(diǎn)的局部坐標(biāo)又稱為物方坐標(biāo)。最后，步驟S60，根據(jù)所述標(biāo)志點(diǎn)的掃描時(shí)間計(jì)算其時(shí)激光掃描儀中心的局部坐 標(biāo)，并用以求解儀器坐標(biāo)系到局部坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系。由于在步驟S30，已用參考測距 儀獲取了激光掃描儀掃描中心在升降前后的局部坐標(biāo)，此時(shí)結(jié)合時(shí)間信息，可通過簡單的 線性計(jì)算求出各個時(shí)刻掃描中心的局部坐標(biāo)。有了掃描中心(即儀器坐標(biāo)系原點(diǎn))的局部坐標(biāo)，標(biāo)志點(diǎn)中心的儀器坐標(biāo)和局部 坐標(biāo)，求解從儀器坐標(biāo)系到局部坐標(biāo)系之間的線性變換可通過最小二乘法等本領(lǐng)域技術(shù)人 員熟知的數(shù)值算法實(shí)現(xiàn)，在此不再贅述。要說明的是，本實(shí)用新型雖然是以激光掃描儀為例進(jìn)行說明，但是這種檢校方法實(shí)際上適合于所有的線掃描的傳感器。此類傳感器的共同點(diǎn)是要獲取目標(biāo)的影像數(shù)據(jù)，必 須移動傳感器或者讓目標(biāo)移動，而且在移動過程中，要保證像方和物方之間嚴(yán)格的幾何對 應(yīng)關(guān)系。本實(shí)用新型的檢校系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是利用了精密的導(dǎo)軌系統(tǒng)作為升降平臺，利用其均 勻穩(wěn)定的升降速度，配合全站儀的測量，可以精確地獲取傳感器中心在每一運(yùn)動時(shí)刻的位 置，同時(shí)又能對目標(biāo)成像，由此建立物方和像方的對應(yīng)關(guān)系。 以上對本實(shí)用新型的描述是說明性的，而非限制性的，本專業(yè)技術(shù)人員理解，在權(quán) 利要求限定的精神與范圍之內(nèi)可對其進(jìn)行許多修改、變化或等效，但是它們都將落入本實(shí) 用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求一種激光掃描儀的檢校系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括中央控制器，其控制整個檢校系統(tǒng)的運(yùn)作和進(jìn)行檢校所需的運(yùn)算處理；精密升降平臺，與所述中央控制器通信連接并可受其控制做可控的勻速升降運(yùn)動；激光掃描儀，其為待檢校的對象，所述激光掃描儀位于該精密平臺升降平臺之上，由其帶動做平穩(wěn)升降運(yùn)動；多個標(biāo)志點(diǎn)，其分布于所述激光掃描儀的工作區(qū)域內(nèi)，供其測量之用；參考測距儀，與所述中央控制器通信連接，其為檢校精確的距離測量儀器，用以測量激光掃描儀升降中的起點(diǎn)和終點(diǎn)局部坐標(biāo)以及各標(biāo)志點(diǎn)的局部坐標(biāo)，并傳到中央控制器；所述激光掃描儀隨升降平臺勻速移動，并測量含所述標(biāo)志點(diǎn)的工作區(qū)域的激光點(diǎn)云；根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)識別標(biāo)志點(diǎn)中心和確定其儀器坐標(biāo)和采樣時(shí)間，所述中央控制器根據(jù)標(biāo)志點(diǎn)的采樣時(shí)間和激光掃描儀升降中的起點(diǎn)和終點(diǎn)局部坐標(biāo)計(jì)算各標(biāo)志點(diǎn)中心的采樣時(shí)刻掃描儀中心的局部坐標(biāo)，并據(jù)以計(jì)算儀器坐標(biāo)和參考測距儀局部坐標(biāo)之間的變換關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光掃描儀的檢校系統(tǒng)，其特征在于，所述精密升降平臺包括四個角柱，其由高精度滾珠絲杠構(gòu)成；托架，其連接于各角柱之間；以及平臺驅(qū)動器，其與所述滾珠絲杠傳動連接，控制其運(yùn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光掃描儀的檢校系統(tǒng)，其特征在于，所述精密升降平臺的 平臺驅(qū)動器是直接連接到所述中央控制器或者通過一驅(qū)動控制器與中央控制器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光掃描儀的檢校系統(tǒng)，其特征在于，所述參考測距儀為全站儀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光掃描儀的檢校系統(tǒng)，其特征在于，所述多個標(biāo)志點(diǎn)是在 工作區(qū)域內(nèi)環(huán)繞所述激光掃描儀360度均勻布置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光掃描儀的檢校系統(tǒng)，其特征在于，所述多個標(biāo)志點(diǎn)是在 工作區(qū)域內(nèi)沿一縱向延伸線性布置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光掃描儀的檢校方法，其特征在于，所述多個標(biāo)志點(diǎn)是高 反射率材料的“十”字形標(biāo)志或是待檢校掃描儀的預(yù)定義標(biāo)靶。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種激光掃描儀的檢校系統(tǒng)，其中在激光掃描儀工作區(qū)域內(nèi)布設(shè)多個標(biāo)志點(diǎn)；控制激光掃描儀沿垂直于掃描方向的軸線勻速升降，并對工作區(qū)域測量成像；用參考測距儀獲取激光掃描儀掃描中心在升降前后的局部坐標(biāo)；用參考測距儀獲取標(biāo)志點(diǎn)的局部坐標(biāo)；識別激光掃描儀點(diǎn)云中的標(biāo)志點(diǎn)及其儀器坐標(biāo)，并提取標(biāo)志點(diǎn)的掃描時(shí)間；根據(jù)所述標(biāo)志點(diǎn)的掃描時(shí)間計(jì)算其時(shí)激光掃描儀中心的局部坐標(biāo)，并用以求解儀器坐標(biāo)系到局部坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系。從而克服了傳統(tǒng)方式中人工參與控制靶桿移動帶來的不穩(wěn)定性，獲得高精度的檢校結(jié)果。
文檔編號G01S7/497GK201749187SQ201020270900
公開日2011年2月16日 申請日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者劉先林, 宮輝力, 王留召, 鐘若飛 申請人:首都師范大學(xué)