CN107422314A - 三维点云模型校准方法、装置、存储介质和计算机设备 - Google Patents

三维点云模型校准方法、装置、存储介质和计算机设备 Download PDF

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CN107422314A CN201710445125.9A CN201710445125A CN107422314A CN 107422314 A CN107422314 A CN 107422314A CN 201710445125 A CN201710445125 A CN 201710445125A CN 107422314 A CN107422314 A CN 107422314A
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Abstract

本发明涉及一种三维点云模型校准方法、装置、存储介质和计算机设备，通过获取从测量光线发射点向周围发射测量光线测得的测量点所形成的三维点云模型，获取三维点云模型中测量点的坐标和测量光线发射点的坐标，根据静态校准量确定测量点校准后的坐标，将测量点校准后的坐标构成校准后的三维点云模型。通过发射测量光线测得的测量点，将测量点分布在三维坐标系中，可以以点云的形式形成三维模型。而且通过静态校准量来校准测量点的坐标，可以简化校准过程，减少校准的计算量，从而快速地校准测量点的坐标，进而快速地校准测量点形成的三维点云模型。

Description

三维点云模型校准方法、装置、存储介质和计算机设备
技术领域
本发明涉及光学测距领域，特别是涉及一种三维点云模型校准方法、装置、存储介质和计算机设备。
背景技术
由于光学雷达的探测距离远、响应速度快，因此在无人驾驶或自动控制等领域，通过光学雷达可以轻松地获取周围环境的三维点云模型。
但是光学雷达测距易受到内部结构、电路、温度的干扰，导致通过光学雷达获取的三维点云模型会出现失真的情况，大大降低了三维点云模型的实用性。
发明内容
基于此，有必要针对光学雷达发射的测距射线容易受到干扰，导致获取的三维点云模型实用性低的问题，提供一种三维点云模型校准方法、装置、存储介质和计算机设备。
一种三维点云模型校准方法，包括：
获取从测量光线发射点向周围发射测量光线测得的测量点所形成的三维点云模型；
获取所述三维点云模型中测量点的坐标和测量光线发射点的坐标；
根据静态校准量确定所述测量点校准后的坐标；其中，所述测量点校准后的坐标在连接所述测量点的坐标和测量光线发射点的坐标的线段上，且与所述测量点的坐标的距离等于所述静态校准量；
将所述测量点校准后的坐标构成校准后的三维点云模型。
在其中一个实施例中，所述获取从测量光线发射点向周围发射测量光线测得的测量点所形成的三维点云模型，包括：
从所述测量光线发射点发射与水平面形成不同夹角的测量光线；
控制所述与水平面形成不同夹角的测量光线，绕公共轴心线旋转一周；其中所述公共轴心线经过所述测量光线发射点；
根据所述与水平面形成不同夹角的测量光线旋转一周测得的测量点构建三维点云模型。
在其中一个实施例中，所述根据静态校准量确定所述测量点校准后的坐标，包括：
根据所述测量点的坐标和测量光线发射点的坐标，获取连接所述测量点的坐标和测量光线发射点的坐标的线段；
根据所述静态校准量校准所述线段的长度；其中，校准后所述测量光线发射点的坐标不变；
获取校准后的线段在所述线段所在的三维笛卡尔坐标系的坐标轴上的投影，以及获取所述测量光线发射点在所述坐标轴上的投影；
根据获取的校准后线段的投影和所述测量光线发射点的投影，获取校准后的测量点的坐标。
在其中一个实施例中，以所述测量光线发射点为原点，与公共轴心线垂直的初始测量光线为第一坐标轴，公共轴心线为第三坐标轴构建三维笛卡尔直角坐标系；
所述根据静态校准量确定所述测量点校准后的坐标，包括：
将所述测量光线发射点到所述测量点的测距长度减去所述静态校准量，得到校准后的测距长度；
将所述校准后的测距长度、倾斜角度的余弦和旋转角度的余弦相乘，得到所述测量点校准后的坐标在第一坐标轴上的坐标；
将所述校准后的测距长度、所述倾斜角度的余弦和所述旋转角度的正弦相乘，得到所述测量点校准后的坐标在第二坐标轴上的坐标；
将所述校准后的测距长度和所述倾斜角度的正弦相乘，得到所述测量点校准后的坐标在第三坐标轴上的坐标；
其中，所述倾斜角度为初始测量光线和所述与公共轴心线垂直的初始测量光线的夹角，所述旋转角度为倾斜角度相同的初始测量光线和测得测量点时的测量光线的夹角。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
选定垂直于水平面的标定平面；
从所述测量光线发射点向所述标定平面发射一条平行于水平面且垂直于所述标定平面的测量光线，测得所述测量光线发射点到所述标定平面的距离；
根据所述测量光线发射点到所述标定平面的距离获取所述标定平面的平面方程；
获得所述标定平面上所有测量点相应的测量光线的倾斜角度和旋转角度；
根据所述标定平面的平面方程和所述标定平面上测量点相应的测量光线的倾斜角度和旋转角度，得到所述静态校准量的中间量；
根据所述静态校准量的中间量和所述测量光线发射点到所述测量点的测距长度，得到所述静态校准量。
在其中一个实施例中，所述标定平面相应的平面方程为ax+by+cz＝d；
所述中间量为：
Ti＝acosφcosθi+bcosφsinθi+csinφ；
所述根据所述静态校准量的中间量和所述测量光线发射点到所述测量点的测距长度，得到所述静态校准量包括：
根据以下公式计算所述静态校准量：
其中，ds是静态校准量的值，di是所述测量光线发射点到所述测量点的测距长度，Ti是所述计算静态校准量的中间量；x为所述测量点在第一坐标轴上的坐标分量，y为所述测量点在第二坐标轴上的坐标分量，z为所述测量点在第三坐标轴上的坐标分量，a、b、c和d分别是所述平面方程的第一系数、第二系数、第三系数和第四系数，φ为所述测量点相应测量光线的倾斜角度，θi为所述测量点相应测量光线的旋转角度，i为测得的测量点的对应的标号。
一种三维点云模型校准装置，包括：
模型获取模块，用于获取从测量光线发射点向周围发射测量光线测得的测量点所形成的三维点云模型；
坐标获取模块，用于获取所述三维点云模型中测量点的坐标和测量光线发射点的坐标；
坐标校准模块，用于根据静态校准量确定所述测量点校准后的坐标；其中，所述测量点校准后的坐标在连接所述测量点的坐标和测量光线发射点的坐标的线段上，且与所述测量点的坐标的距离等于所述静态校准量；
模型校准模块，用于将所述测量点校准后的坐标构成校准后的三维点云模型。
在其中一个实施例中，所述装置还包括：
标定模块，用于选定垂直于水平面的标定平面；从所述测量光线发射点向所述标定平面发射一条平行于水平面且垂直于所述标定平面的测量光线，测得所述测量光线发射点到所述标定平面的距离；
平面方程模块，用于根据所述测量光线发射点到所述标定平面的距离获取所述标定平面的平面方程；
角度模块，用于获得所述标定平面上所有测量点相应的测量光线的倾斜角度和旋转角度；
中间量模块，用于根据所述标定平面的平面方程和所述标定平面上测量点相应的测量光线的倾斜角度和旋转角度，得到所述静态校准量的中间量；
静态校准量模块，用于根据所述静态校准量的中间量和所述测量光线发射点到所述测量点的测距长度，得到所述静态校准量。
一种存储介质，存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被处理器执行时，使得所述处理器执行以下步骤：
获取从测量光线发射点向周围发射测量光线测得的测量点所形成的三维点云模型；
获取所述三维点云模型中测量点的坐标和测量光线发射点的坐标；
根据静态校准量确定所述测量点校准后的坐标；其中，所述测量点校准后的坐标在连接所述测量点的坐标和测量光线发射点的坐标的线段上，且与所述测量点的坐标的距离等于所述静态校准量；
将所述测量点校准后的坐标构成校准后的三维点云模型。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行以下步骤：
获取从测量光线发射点向周围发射测量光线测得的测量点所形成的三维点云模型；
获取所述三维点云模型中测量点的坐标和测量光线发射点的坐标；
根据静态校准量确定所述测量点校准后的坐标；其中，所述测量点校准后的坐标在连接所述测量点的坐标和测量光线发射点的坐标的线段上，且与所述测量点的坐标的距离等于所述静态校准量；
将所述测量点校准后的坐标构成校准后的三维点云模型。
上述三维点云模型校准方法、装置、存储介质和计算机设备，通过发射测量光线测得的测量点，将测量点分布在三维坐标系中，可以以点云的形式形成三维模型。而且通过静态校准量来校准测量点的坐标，可以简化校准过程，减少校准的计算量，从而快速地校准测量点的坐标，进而快速地校准测量点形成的三维点云模型。
附图说明
图1为一个实施例中用于实施三维点云模型校准方法的测量终端的结构框图；
图2为一个实施例中三维点云模型校准方法的流程示意图；
图3为一个实施例中标定平面的实物图；
图4为一个实施例中根据三维点云模型校准方法测得的三维点云模型校准前和校准后的三维点云模型俯视图和侧视图；
图5为一个实施例中三维点云模型校准装置的结构框图；
图6为一个实施例中三维点云模型校准装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为一个实施例中测量终端的应用环境图。参照图1，该测量终端包括通过系统总线连接的处理器、非易失性存储介质、内存储器、显示器、光线发射器和光线接收器等。
其中，该测量终端的非易失性存储介质存储有操作系统，还可存储有计算机可读指令，该计算机可读指令被处理器执行时，可使得处理器实现适用于测量终端的一种三维点云模型校准方法。该测量终端的处理器用于提供计算和控制能力，支撑整个测量终端的运行。该测量终端的内存储器中可存储有计算机可读指令，该计算机可读指令被上述处理器执行时，可使上述处理器执行一种三维点云模型校准方法。该测量终端的显示器可以用于显示上述处理器执行一种三维点云模型校准方法后形成的三维点云模型。该测量终端的光线发射器可以用于发射测量光线，该测量光线用于实现一种三维点云模型校准方法。该测量终端的光线接收器可以用于接收被反射的测量光线，该被反射的测量光线用于实现一种三维点云模型校准方法。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构，仅仅是与本申请方法相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的测量终端的限定，具体的测量终端可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
如图2所示，在一个实施例中，提供了一种三维点云模型校准方法。本实施例中主要以该方法应用于上述图1中的测量终端来举例说明，参照图2，该三维点云模型校准方法具体包括如下步骤：
S202，获取从测量光线发射点向周围发射测量光线测得的测量点所形成的三维点云模型。
其中，测量光线可以是近红外光线。在一个实施例中，光线发射器上的测量光线发射点向周围发射测量光线，测量光线在测量点上反射或折射到光线接收器，光线接收器获取在测量点上反射或折射的测量光线携带的测量点的空间信息。测量终端根据测得的测量点的空间信息，形成三维点云模型。
S204，获取三维点云模型中测量点的坐标和测量光线发射点的坐标。
其中，形成的三维点云模型构建在一个三维坐标系中。三维坐标系可以是一个三维笛卡尔坐标系，也可以是一个三维极坐标系。三维笛卡尔坐标系可以是三维笛卡尔直角坐标系。三维极坐标可以是球坐标系，也可以是柱坐标系。三维点云模型可以构建在三维坐标系的任意位置。
在一个实施例中，在一个球坐标系中构建根据测得的测量点形成的三维点云模型，并根据测量点和测量光线发射点的空间信息，获取测量点的坐标和测量光线发射点的坐标。其中测量点和测量光线发射点的空间信息可以是测量点到测量光线发射点的距离，也可以是测量光线与水平面或重力方向线的夹角。
在一个实施例中，在一个三维笛卡尔直角坐标系中构建根据测得的测量点形成的三维点云模型，并根据测量点和测量光线发射点的空间信息，获取测量点的坐标和测量光线发射点的坐标。根据测得的测量点形成的三维点云模型，并根据测量点和测量光线发射点的空间信息，获取测量点的坐标和测量光线发射点的坐标。
S206，根据静态校准量确定测量点校准后的坐标；其中，测量点校准后的坐标在连接测量点的坐标和测量光线发射点的坐标的线段上，且与测量点的坐标的距离等于静态校准量。
其中，静态校准量是预设置的数值，三维点云模型相应的测量点的坐标可以根据该静态校准量校准。
在一个实施例中，确定连接测量点的坐标和测量光线发射点的坐标的线段，根据静态校准量缩短该线段的长度。其中，测量点校准后的坐标是缩短后的线段端点，测量点校准后的坐标在连接测量点校准后的坐标和测量点未校准的坐标的线段上，且测量点未校准的坐标与测量点校准后的坐标的距离等于静态校准量。
在一个实施例中，确定连接测量点的坐标和测量光线发射点的坐标的线段，根据静态校准量延长该线段的长度。其中，测量点校准后的坐标是延长后的线段端点，测量点未校准的坐标在连接测量光线发射点校准后的坐标和测量点校准后的坐标的线段上，且测量点未校准的坐标与测量点校准后的坐标的距离等于静态校准量。
S208，将测量点校准后的坐标构成校准后的三维点云模型。
其中，测量点校准后的坐标和测量点未校准的坐标处于相同的三维坐标系中，该三维坐标系优选为三维笛卡尔直角坐标系。
本实施例中，通过发射测量光线测得的测量点，将测量点分布在三维坐标系中，可以以点云的形式形成三维模型。而且通过静态校准量来校准测量点的坐标，可以简化校准过程，减少校准的计算量，从而快速地校准测量点的坐标，进而快速地校准测量点形成的三维点云模型。
在一个实施例中，步骤S202包括：从测量光线发射点发射与水平面形成不同夹角的测量光线；控制与水平面形成不同夹角的测量光线，绕公共轴心线旋转一周；其中公共轴心线经过测量光线发射点；根据与水平面形成不同夹角的测量光线旋转一周测得的测量点构建三维点云模型。
其中，测量光线发射点可以发射多条测量光线。测量光线可以与水平面形成不同夹角，也可以与水平面形成相同的夹角。在测量光线与水平面形成相同夹角时，优选公共轴心线平行于水平面。
在一个实施例中，步骤S202还可以包括：从测量光线发射点发射与水平面形成相同夹角的测量光线；控制与水平面形成相同夹角的测量光线，绕公共轴心线旋转一周；其中公共轴心线经过测量光线发射点且与水平面平行；根据与水平面形成相同夹角的测量光线旋转一周测得的测量点构建三维点云模型。
本实施例中，通过在不同的角度下的多条测量光线，旋转测量得到的测量点构建三维点云模型，可以更快地获取周围的测量点，提高形成三维点云模型的效率。
在一个实施例中，步骤S206包括：根据测量点的坐标和测量光线发射点的坐标，获取连接测量点的坐标和测量光线发射点的坐标的线段；根据静态校准量校准线段的长度；其中，校准后测量光线发射点的坐标不变；获取校准后的线段在线段所在的三维笛卡尔坐标系的坐标轴上的投影，以及获取测量光线发射点在坐标轴上的投影；根据获取的校准后线段的投影和测量光线发射点的投影，获取校准后的测量点的坐标。
其中，测量点和测量光线发射点是连接测量点的坐标和测量光线发射点的坐标的线段的两个端点。根据静态校准量校准线段的长度可以是线段的长度加上静态校准量，也可以是线段的长度减去静态校准量。
本实施例中，通过校准连接测量点和测量光线发射点的线段长度，来校准测量点。并且通过校准后的线段在坐标轴上的投影，来获取校准后测量点的坐标。可以更快地获取校准后的测量点，提高校准三维点云模型的效率。
在一个实施例中，根据测量点的坐标和测量光线发射点的坐标，获取连接测量点的坐标和测量光线发射点的坐标的线段。根据静态校准量延长该线段的长度。
其中，校准后的测量点和测量光线发射点是延长后的线段的端点，校准后测量光线发射点的坐标不变，测量点校准后的坐标与测量点未校准的坐标的距离等于静态校准量。
进而，获取校准后的线段在线段所在的三维笛卡尔坐标系的坐标轴上的投影，以及获取测量光线发射点在坐标轴上的投影；根据获取的校准后线段的投影和测量光线发射点的投影，获取校准后的测量点的坐标。
在一个实施例中，以测量光线发射点为原点，与公共轴心线垂直的初始测量光线为第一坐标轴正半轴，公共轴心线为第三坐标轴构建三维笛卡尔直角坐标系。
步骤S206包括：将测量光线发射点到测量点的测距长度减去静态校准量，得到校准后的测距长度；将校准后的测距长度、倾斜角度的余弦和旋转角度的余弦相乘，得到测量点校准后的坐标在第一坐标轴上的坐标；将校准后的测距长度、倾斜角度的余弦和旋转角度的正弦相乘，得到测量点校准后的坐标在第二坐标轴上的坐标；将校准后的测距长度和倾斜角度的正弦相乘，得到测量点校准后的坐标在第三坐标轴上的坐标。
其中，倾斜角度为初始测量光线和与公共轴心线垂直的初始测量光线的夹角，旋转角度为倾斜角度相同的初始测量光线和测得测量点时的测量光线的夹角。
倾斜角度在三维笛卡尔直角坐标系的方向是第一坐标轴正半轴向第三坐标轴正半轴旋转的方向，倾斜角度的始边是第一坐标轴正半轴，倾斜角度的终边是测量光线。第三坐标轴负半轴可以是端点为测量光线发射点的重力方向线。
旋转角度在三维笛卡尔直角坐标系中的方向是第一坐标轴正半轴向第二坐标轴正半轴旋转的方向，旋转角度的始边是初始测量光线，旋转角度的终边是测得测量点时的测量光线。第一坐标轴正半轴向第二坐标轴正半轴旋转的方向可以和测量光线旋转的方向相同，也可以和测量光线旋转的方向相反。
本实施例中，通过计算测量光线发射点到测量点校准后的测距长度，以及测量点相应的测量光线角度的三角函数与该测距长度的乘积，获取测量点校准后的坐标。从而可以更快地获取校准后的测量点，提高校准三维点云模型的效率。
在一个实施例中，获取静态校准量的步骤包括：选定垂直于水平面的标定平面；从测量光线发射点向标定平面发射一条平行于水平面且垂直于标定平面的测量光线，测得测量光线发射点到标定平面的距离；根据测量光线发射点到标定平面的距离获取标定平面的平面方程；获得标定平面上所有测量点相应的测量光线的倾斜角度和旋转角度；根据标定平面的平面方程和标定平面上测量点相应的测量光线的倾斜角度和旋转角度，得到静态校准量的中间量；根据静态校准量的中间量和测量光线发射点到测量点的测距长度，得到静态校准量。
如图3所示，在一个实施例中，还提供了一种三维点云模型校准方法。参照图3，以墙302为标定平面，实施一种三维点云模型校准方法。
选定垂直于水平面的墙302；从测量光线发射点向墙302发射一条平行于水平面且垂直于墙302的测量光线，测得测量光线发射点到墙302的距离；根据测量光线发射点到墙302的距离获取墙302的平面方程；获得墙302上所有测量点相应的测量光线的倾斜角度和旋转角度；根据墙302的平面方程和标定平面上测量点相应的测量光线的倾斜角度和旋转角度，得到静态校准量的中间量；根据静态校准量的中间量和测量光线发射点到测量点的测距长度，得到静态校准量。
其中，墙302是墙靠近测量终端的外表面，该外表面是垂直于水平面的有限平面。
如图4所示，在一个实施例中，提供了墙302校准前的三维点云模型俯视图402，校准前的三维点云模型侧视图404，校准后的三维点云模型俯视图406和校准后的三维点云模型侧视图408。
本实施例中，通过对一个具体的有限平面进行测量，根据测量结果计算得到静态校准量，从而可以根据该静态校准量校准测量点的坐标，进而可以更快地获取校准后的测量点，提高校准三维点云模型的效率。
在一个实施例中，标定平面相应的平面方程为ax+by+cz＝d。
中间量为：Ti＝acosφcosθi+bcosφsinθi+csinφ。
根据静态校准量的中间量和测量光线发射点到测量点的测距长度，得到静态校准量包括：根据以下公式计算静态校准量：
其中，ds是静态校准量的值，di是测量光线发射点到测量点的测距长度，Ti是计算静态校准量的中间量；x为测量点在第一坐标轴上的坐标分量，y为测量点在第二坐标轴上的坐标分量，z为测量点在第三坐标轴上的坐标分量，a、b、c和d分别是平面方程的第一系数、第二系数、第三系数和第四系数，φ为测量点相应测量光线的倾斜角度，θi为测量点相应测量光线的旋转角度，i为测得的测量点的对应的标号。
本实施例中，通过根据标定平面的平面方程和测量光线的角度进行计算，获取静态校准量，从而可以根据该静态校准量校准测量点的坐标，进而可以更快地获取校准后的测量点，提高校准三维点云模型的效率。
在一个实施例中，标定平面相应的平面方程为ax+by+cz＝d。在获得测量点的坐标后，可以根据最大似然估计算法或最大后验估计算法推导出静态校准量ds：
如图5所示，提供了一种三维点云模型校准装置500，该装置包括：模型获取模块502、坐标获取模块504、坐标校准模块506和模型校准模块508。
模型获取模块502，用于获取从测量光线发射点向周围发射测量光线测得的测量点所形成的三维点云模型。
坐标获取模块504，用于获取三维点云模型中测量点的坐标和测量光线发射点的坐标。
坐标校准模块506，用于根据静态校准量确定测量点校准后的坐标；其中，测量点校准后的坐标在连接测量点的坐标和测量光线发射点的坐标的线段上，且与测量点的坐标的距离等于静态校准量。
模型校准模块508，用于将测量点校准后的坐标构成校准后的三维点云模型。
上述三维点云模型校准装置，通过发射测量光线测得的测量点，将测量点分布在三维坐标系中，可以以点云的形式形成三维模型。而且通过静态校准量来校准测量点的坐标，可以简化校准过程，减少校准的计算量，从而快速地校准测量点的坐标，进而快速地校准测量点形成的三维点云模型。
在一个实施例中，模型获取模块502还用于从测量光线发射点发射与水平面形成不同夹角的测量光线；控制与水平面形成不同夹角的测量光线，绕公共轴心线旋转一周；其中公共轴心线经过测量光线发射点；根据与水平面形成不同夹角的测量光线旋转一周测得的测量点构建三维点云模型。
在一个实施例中，坐标校准模块506还用于根据测量点的坐标和测量光线发射点的坐标，获取连接测量点的坐标和测量光线发射点的坐标的线段；根据静态校准量校准线段的长度；其中，校准后测量光线发射点的坐标不变；获取校准后的线段在线段所在的三维笛卡尔坐标系的坐标轴上的投影，以及获取测量光线发射点在坐标轴上的投影；根据获取的校准后线段的投影和测量光线发射点的投影，获取校准后的测量点的坐标。
在一个实施例中，以测量光线发射点为原点，与公共轴心线垂直的初始测量光线为第一坐标轴，公共轴心线为第三坐标轴构建三维笛卡尔直角坐标系时，坐标校准模块506还用于将测量光线发射点到测量点的测距长度减去静态校准量，得到校准后的测距长度；将校准后的测距长度、倾斜角度的余弦和旋转角度的余弦相乘，得到测量点校准后的坐标在第一坐标轴上的坐标；将校准后的测距长度、倾斜角度的余弦和旋转角度的正弦相乘，得到测量点校准后的坐标在第二坐标轴上的坐标；将校准后的测距长度和倾斜角度的正弦相乘，得到测量点校准后的坐标在第三坐标轴上的坐标；其中，倾斜角度为初始测量光线和与公共轴心线垂直的初始测量光线的夹角，旋转角度为倾斜角度相同的初始测量光线和测得测量点时的测量光线的夹角。
如图6所示，在一个实施例中，该三维点云模型校准装置500还包括：标定模块510、平面方程模块512、角度模块514、中间量模块516和静态校准量模块518。
标定模块510，用于选定垂直于水平面的标定平面；从测量光线发射点向标定平面发射一条平行于水平面且垂直于标定平面的测量光线，测得测量光线发射点到标定平面的距离。
平面方程模块512，用于根据测量光线发射点到标定平面的距离获取标定平面的平面方程。
角度模块514，用于获得标定平面上所有测量点相应的测量光线的倾斜角度和旋转角度。
中间量模块516，用于根据标定平面的平面方程和标定平面上测量点相应的测量光线的倾斜角度和旋转角度，得到静态校准量的中间量。
静态校准量模块518，用于根据静态校准量的中间量和测量光线发射点到测量点的测距长度，得到静态校准量。
在一个实施例中，标定平面相应的平面方程为ax+by+cz＝d。
中间量为Ti＝acosφcosθi+bcosφsinθi+csinφ时。
静态校准量模块718还用于根据以下公式计算静态校准量：
其中，ds是静态校准量的值，di是测量光线发射点到测量点的测距长度，Ti是计算静态校准量的中间量；x为测量点在第一坐标轴上的坐标分量，y为测量点在第二坐标轴上的坐标分量，z为测量点在第三坐标轴上的坐标分量，a、b、c和d分别是平面方程的第一系数、第二系数、第三系数和第四系数，φ为测量点相应测量光线的倾斜角度，θi为测量点相应测量光线的旋转角度，i为测得的测量点的对应的标号。
一种存储介质，存储有计算机可读指令，计算机可读指令被处理器执行时，使得处理器执行以下步骤：获取从测量光线发射点向周围发射测量光线测得的测量点所形成的三维点云模型；获取三维点云模型中测量点的坐标和测量光线发射点的坐标；根据静态校准量确定测量点校准后的坐标；其中，测量点校准后的坐标在连接测量点的坐标和测量光线发射点的坐标的线段上，且与测量点的坐标的距离等于静态校准量；将测量点校准后的坐标构成校准后的三维点云模型。
上述存储介质，通过发射测量光线测得的测量点，将测量点分布在三维坐标系中，可以以点云的形式形成三维模型。而且通过静态校准量来校准测量点的坐标，可以简化校准过程，减少校准的计算量，从而快速地校准测量点的坐标，进而快速地校准测量点形成的三维点云模型。
在一个实施例中，计算机可读指令使得处理器，执行获取从测量光线发射点向周围发射测量光线测得的测量点所形成的三维点云模型的步骤，包括：
从测量光线发射点发射与水平面形成不同夹角的测量光线；控制与水平面形成不同夹角的测量光线，绕公共轴心线旋转一周；其中公共轴心线经过测量光线发射点；根据与水平面形成不同夹角的测量光线旋转一周测得的测量点构建三维点云模型。
在一个实施例中，计算机可读指令使得处理器，执行根据静态校准量确定测量点校准后的坐标的步骤，包括：
根据测量点的坐标和测量光线发射点的坐标，获取连接测量点的坐标和测量光线发射点的坐标的线段；根据静态校准量校准线段的长度；其中，校准后测量光线发射点的坐标不变；获取校准后的线段在线段所在的三维笛卡尔坐标系的坐标轴上的投影，以及获取测量光线发射点在坐标轴上的投影；根据获取的校准后线段的投影和测量光线发射点的投影，获取校准后的测量点的坐标。
在一个实施例中，以测量光线发射点为原点，与公共轴心线垂直的初始测量光线为第一坐标轴，公共轴心线为第三坐标轴构建三维笛卡尔直角坐标系。
计算机可读指令使得处理器，执行根据静态校准量确定测量点校准后的坐标的步骤，包括：
将测量光线发射点到测量点的测距长度减去静态校准量，得到校准后的测距长度；将校准后的测距长度、倾斜角度的余弦和旋转角度的余弦相乘，得到测量点校准后的坐标在第一坐标轴上的坐标；将校准后的测距长度、倾斜角度的余弦和旋转角度的正弦相乘，得到测量点校准后的坐标在第二坐标轴上的坐标；将校准后的测距长度和倾斜角度的正弦相乘，得到测量点校准后的坐标在第三坐标轴上的坐标；其中，倾斜角度为初始测量光线和与公共轴心线垂直的初始测量光线的夹角，旋转角度为倾斜角度相同的初始测量光线和测得测量点时的测量光线的夹角。
在一个实施例中，计算机可读指令还使得处理器执行以下步骤：
选定垂直于水平面的标定平面；从测量光线发射点向标定平面发射一条平行于水平面且垂直于标定平面的测量光线，测得测量光线发射点到标定平面的距离；根据测量光线发射点到标定平面的距离获取标定平面的平面方程；获得标定平面上所有测量点相应的测量光线的倾斜角度和旋转角度；根据标定平面的平面方程和标定平面上测量点相应的测量光线的倾斜角度和旋转角度，得到静态校准量的中间量；根据静态校准量的中间量和测量光线发射点到测量点的测距长度，得到静态校准量。
在一个实施例中，标定平面相应的平面方程为ax+by+cz＝d。
中间量为：Ti＝acosφcosθi+bcosφsinθi+csinφ。
计算机可读指令使得处理器，执行根据静态校准量的中间量和测量光线发射点到测量点的测距长度，得到静态校准量的步骤，包括：
根据以下公式计算静态校准量：
其中，ds是静态校准量的值，di是测量光线发射点到测量点的测距长度，Ti是计算静态校准量的中间量；x为测量点在第一坐标轴上的坐标分量，y为测量点在第二坐标轴上的坐标分量，z为测量点在第三坐标轴上的坐标分量，a、b、c和d分别是平面方程的第一系数、第二系数、第三系数和第四系数，φ为测量点相应测量光线的倾斜角度，θi为测量点相应测量光线的旋转角度，i为测得的测量点的对应的标号。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机可读指令，计算机可读指令被处理器执行时，使得处理器执行以下步骤：
获取从测量光线发射点向周围发射测量光线测得的测量点所形成的三维点云模型；获取三维点云模型中测量点的坐标和测量光线发射点的坐标；根据静态校准量确定测量点校准后的坐标；其中，测量点校准后的坐标在连接测量点的坐标和测量光线发射点的坐标的线段上，且与测量点的坐标的距离等于静态校准量；将测量点校准后的坐标构成校准后的三维点云模型。
上述计算机设备，通过发射测量光线测得的测量点，将测量点分布在三维坐标系中，可以以点云的形式形成三维模型。而且通过静态校准量来校准测量点的坐标，可以简化校准过程，减少校准的计算量，从而快速地校准测量点的坐标，进而快速地校准测量点形成的三维点云模型。
在一个实施例中，计算机可读指令使得处理器，执行获取从测量光线发射点向周围发射测量光线测得的测量点所形成的三维点云模型的步骤，包括：
从测量光线发射点发射与水平面形成不同夹角的测量光线；控制与水平面形成不同夹角的测量光线，绕公共轴心线旋转一周；其中公共轴心线经过测量光线发射点；根据与水平面形成不同夹角的测量光线旋转一周测得的测量点构建三维点云模型。
在一个实施例中，计算机可读指令使得处理器，执行根据静态校准量确定测量点校准后的坐标的步骤，包括：
根据测量点的坐标和测量光线发射点的坐标，获取连接测量点的坐标和测量光线发射点的坐标的线段；根据静态校准量校准线段的长度；其中，校准后测量光线发射点的坐标不变；获取校准后的线段在线段所在的三维笛卡尔坐标系的坐标轴上的投影，以及获取测量光线发射点在坐标轴上的投影；根据获取的校准后线段的投影和测量光线发射点的投影，获取校准后的测量点的坐标。
在一个实施例中，以测量光线发射点为原点，与公共轴心线垂直的初始测量光线为第一坐标轴，公共轴心线为第三坐标轴构建三维笛卡尔直角坐标系。
计算机可读指令使得处理器，执行根据静态校准量确定测量点校准后的坐标的步骤，包括：
将测量光线发射点到测量点的测距长度减去静态校准量，得到校准后的测距长度；将校准后的测距长度、倾斜角度的余弦和旋转角度的余弦相乘，得到测量点校准后的坐标在第一坐标轴上的坐标；将校准后的测距长度、倾斜角度的余弦和旋转角度的正弦相乘，得到测量点校准后的坐标在第二坐标轴上的坐标；将校准后的测距长度和倾斜角度的正弦相乘，得到测量点校准后的坐标在第三坐标轴上的坐标；其中，倾斜角度为初始测量光线和与公共轴心线垂直的初始测量光线的夹角，旋转角度为倾斜角度相同的初始测量光线和测得测量点时的测量光线的夹角。
在一个实施例中，计算机可读指令还使得处理器执行以下步骤：
选定垂直于水平面的标定平面；从测量光线发射点向标定平面发射一条平行于水平面且垂直于标定平面的测量光线，测得测量光线发射点到标定平面的距离；据测量光线发射点到标定平面的距离获取标定平面的平面方程；获得标定平面上所有测量点相应的测量光线的倾斜角度和旋转角度；根据标定平面的平面方程和标定平面上测量点相应的测量光线的倾斜角度和旋转角度，得到静态校准量的中间量；根据静态校准量的中间量和测量光线发射点到测量点的测距长度，得到静态校准量。
在一个实施例中，标定平面相应的平面方程为ax+by+cz＝d。
中间量为：Ti＝acosφcosθi+bcosφsinθi+csinφ。
计算机可读指令使得处理器，执行根据静态校准量的中间量和测量光线发射点到测量点的测距长度，得到静态校准量的步骤，包括：
根据以下公式计算静态校准量：
其中，ds是静态校准量的值，di是测量光线发射点到测量点的测距长度，Ti是计算静态校准量的中间量；x为测量点在第一坐标轴上的坐标分量，y为测量点在第二坐标轴上的坐标分量，z为测量点在第三坐标轴上的坐标分量，a、b、c和d分别是平面方程的第一系数、第二系数、第三系数和第四系数，φ为测量点相应测量光线的倾斜角度，θi为测量点相应测量光线的旋转角度，i为测得的测量点的对应的标号。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种三维点云模型校准方法，包括：
获取从测量光线发射点向周围发射测量光线测得的测量点所形成的三维点云模型；
获取所述三维点云模型中测量点的坐标和测量光线发射点的坐标；
根据静态校准量确定所述测量点校准后的坐标；其中，所述测量点校准后的坐标在连接所述测量点的坐标和测量光线发射点的坐标的线段上，且与所述测量点的坐标的距离等于所述静态校准量；
将所述测量点校准后的坐标构成校准后的三维点云模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取从测量光线发射点向周围发射测量光线测得的测量点所形成的三维点云模型，包括：
从所述测量光线发射点发射与水平面形成不同夹角的测量光线；
控制所述与水平面形成不同夹角的测量光线，绕公共轴心线旋转一周；其中所述公共轴心线经过所述测量光线发射点；
根据所述与水平面形成不同夹角的测量光线旋转一周测得的测量点构建三维点云模型。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据静态校准量确定所述测量点校准后的坐标，包括：
根据所述测量点的坐标和测量光线发射点的坐标，获取连接所述测量点的坐标和测量光线发射点的坐标的线段；
根据所述静态校准量校准所述线段的长度；其中，校准后所述测量光线发射点的坐标不变；
获取校准后的线段在所述线段所在的三维笛卡尔坐标系的坐标轴上的投影，以及获取所述测量光线发射点在所述坐标轴上的投影；
根据获取的校准后线段的投影和所述测量光线发射点的投影，获取校准后的测量点的坐标。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以所述测量光线发射点为原点，与公共轴心线垂直的初始测量光线为第一坐标轴，公共轴心线为第三坐标轴构建三维笛卡尔直角坐标系；
所述根据静态校准量确定所述测量点校准后的坐标，包括：
将所述测量光线发射点到所述测量点的测距长度减去所述静态校准量，得到校准后的测距长度；
将所述校准后的测距长度、倾斜角度的余弦和旋转角度的余弦相乘，得到所述测量点校准后的坐标在第一坐标轴上的坐标；
将所述校准后的测距长度、所述倾斜角度的余弦和所述旋转角度的正弦相乘，得到所述测量点校准后的坐标在第二坐标轴上的坐标；
将所述校准后的测距长度和所述倾斜角度的正弦相乘，得到所述测量点校准后的坐标在第三坐标轴上的坐标；
其中，所述倾斜角度为初始测量光线和所述与公共轴心线垂直的初始测量光线的夹角，所述旋转角度为倾斜角度相同的初始测量光线和测得测量点时的测量光线的夹角。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
选定垂直于水平面的标定平面；
从所述测量光线发射点向所述标定平面发射一条平行于水平面且垂直于所述标定平面的测量光线，测得所述测量光线发射点到所述标定平面的距离；
根据所述测量光线发射点到所述标定平面的距离获取所述标定平面的平面方程；
获得所述标定平面上所有测量点相应的测量光线的倾斜角度和旋转角度；
根据所述标定平面的平面方程和所述标定平面上测量点相应的测量光线的倾斜角度和旋转角度，得到所述静态校准量的中间量；
根据所述静态校准量的中间量和所述测量光线发射点到所述测量点的测距长度，得到所述静态校准量。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述标定平面相应的平面方程为ax+by+cz＝d；
所述中间量为：
Ti＝acosφcosθi+bcosφsinθi+csinφ；
所述根据所述静态校准量的中间量和所述测量光线发射点到所述测量点的测距长度，得到所述静态校准量包括：
根据以下公式计算所述静态校准量：
<mrow> <msub> <mi>d</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </msubsup> <msub> <mi>d</mi> <mi>i</mi> </msub> <msubsup> <mi>T</mi> <mi>i</mi> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>d&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </msubsup> <msub> <mi>T</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>/</mo> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </msubsup> <msubsup> <mi>T</mi> <mi>i</mi> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>;</mo> </mrow>
其中，ds是静态校准量的值，di是所述测量光线发射点到所述测量点的测距长度，Ti是所述计算静态校准量的中间量；x为所述测量点在第一坐标轴上的坐标分量，y为所述测量点在第二坐标轴上的坐标分量，z为所述测量点在第三坐标轴上的坐标分量，a、b、c和d分别是所述平面方程的第一系数、第二系数、第三系数和第四系数，φ为所述测量点相应测量光线的倾斜角度，θi为所述测量点相应测量光线的旋转角度，i为测得的测量点的对应的标号。
7.一种三维点云模型校准装置，包括：
模型获取模块，用于获取从测量光线发射点向周围发射测量光线测得的测量点所形成的三维点云模型；
坐标获取模块，用于获取所述三维点云模型中测量点的坐标和测量光线发射点的坐标；
坐标校准模块，用于根据静态校准量确定所述测量点校准后的坐标；其中，所述测量点校准后的坐标在连接所述测量点的坐标和测量光线发射点的坐标的线段上，且与所述测量点的坐标的距离等于所述静态校准量；
模型校准模块，用于将所述测量点校准后的坐标构成校准后的三维点云模型。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
标定模块，用于选定垂直于水平面的标定平面；从所述测量光线发射点向所述标定平面发射一条平行于水平面且垂直于所述标定平面的测量光线，测得所述测量光线发射点到所述标定平面的距离；
平面方程模块，用于根据所述测量光线发射点到所述标定平面的距离获取所述标定平面的平面方程；
角度模块，用于获得所述标定平面上所有测量点相应的测量光线的倾斜角度和旋转角度；
中间量模块，用于根据所述标定平面的平面方程和所述标定平面上测量点相应的测量光线的倾斜角度和旋转角度，得到所述静态校准量的中间量；
静态校准量模块，用于根据所述静态校准量的中间量和所述测量光线发射点到所述测量点的测距长度，得到所述静态校准量。
9.一种存储介质，其特征在于，存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1至6中任意一项所述方法的步骤。
10.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1至6中任意一项所述方法的步骤。
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