CN109084740A - 一种可连接迷你棱镜的多功能三维激光扫描标靶及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可连接迷你棱镜的三维激光扫描标靶，包括：标靶面板，标靶图案，迷你棱镜基座，透明连接装置，标靶底座五部分，标靶图案中心与迷你棱镜基座中心对齐，迷你棱镜基座用于连接迷你棱镜，透明连接装置主要用于呈现标靶的轮廓，和连接标靶底座或棱镜杆。激光雷达会忽略透明连接装置，不记录该装置的点云数据。本发明专利适用于多种三维激光扫描仪，标靶无需整平放置，既可用于测站拼接，又可用于绝对坐标注册，体积小便携带，采用外接迷你棱镜，降低了用户成本，易于推广。

Description

一种可连接迷你棱镜的多功能三维激光扫描标靶及其使用 方法

技术领域

本发明涉及测绘领域，具体涉及一种可连接迷你棱镜的多功能三维激光扫描标靶及其使用方法。

背景技术

三维激光扫描技术是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命，相对于传统的测量技术，它对工作环境要求较低，即使在恶劣的无光条件下也能够提供高精度和高密度的主动测量数据。点云数据全局坐标注册可基于标靶和全站仪完成，但仍然存在精度和效率损失等问题。对于三维激光扫描端，单一基于图像识别标靶中心的技术受到扫描距离限制，扫描距离过远会造成精度损失，甚至无法识别扫描的图像；对于全站仪端，采用无棱镜模式确定标靶中心的精度并不高，且受入射角的影响大，大多数需要二次旋转标靶，导致无法在扫描的同时，完成全站仪的测量工作，效率低。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种可连接迷你棱镜的多功能三维激光扫描标靶，具体技术方案如下：

一种可连接迷你棱镜的多功能三维激光扫描标靶，其特征在于：包括标靶(1)、透明连接装置(4)、棱镜基座(3)，该标靶(1)为五边形结构，在所述标靶(1)正面设置有标靶图形(2)，所述棱镜基座(3)设置在所述标靶(1)反面，所述棱镜基座(3)位于所述标靶(1)的中心位置，所述透明连接装置(4)与所述标靶(1)其中一个侧面连接。

为更好的实现本发明，可进一步为：在所述透明连接装置(4)自由端可以连接在三脚架(5)上。

一种可连接迷你棱镜的多功能三维激光扫描标靶的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：至少选取三个标靶，标靶组装完整后，将每个标靶的正面朝向扫描仪端，反面朝向待测站；

步骤2：通过扫描仪依次测量完标靶正面后，将扫描仪移动至下一个待测站点，测量标靶反面；

步骤3：通过最小二乘法拟合出标靶正面的所在空间平面的数学方程；

步骤4：将每个标靶正面的点云数据投影到由它拟合的面上，然后利用凸包算法求标靶正面的点云数据的最小外接正五边形，将最小外接正五边形的中心作为标靶正面的中心点；

步骤5：将每个标靶反面的点云数据投影到由它拟合的面上，然后利用凸包算法求标靶反面的点云数据的最小外接正五边形，将最小外接正五边形的中心作为标靶反面的中心点；

步骤6：确定两次测站中存在的公共点，使用罗德里格矩阵可将两个站的点云数据统一到一个坐标系中，完成点云拼接。

一种可连接迷你棱镜的多功能三维激光扫描标靶的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：至少选取三个标靶，标靶组装完整后，将每个标靶的正面朝向全站仪，反面朝向扫描仪；

步骤2：用全站仪测量每个标靶正面的中心；

步骤3：用扫描仪扫描每个标靶的反面，采用随机采样一致性算法拟合出每个标靶反面所在空间平面的数学方程；

步骤4：将每个标靶反面的点云数据投影到由它拟合的面上，然后利用凸包算法求每个标靶反面点云数据的最小外接正五边形，将最小外接正五边形的中心作为每个标靶反面的中心坐标，依据标靶面板的厚度和每个标靶的反面的数学表达式，将所识别的每个标靶反面中心换算到正面中心位置；

步骤5：确定全站仪所测的三个标靶和扫描仪所测的三个标靶中的公共点，使用罗德里格矩阵法可将点云所在的局部坐标系换算到全站仪所在的绝对坐标系中，完成点云数据注册。

一种可连接迷你棱镜的多功能三维激光扫描标靶的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：至少选取三个标靶，在标靶的棱镜基座上安装有迷你棱镜，将每个标靶的正面朝向扫描仪端，反面朝向全站仪；

步骤2：利用全站仪测量三个迷你棱镜；

步骤3：用扫描仪扫描每个标靶的正面，并拟合出每个标靶正面的所在空间平面的数学方程；

步骤4：判断扫描仪到每个标靶的距离是否在设定值之间，如果是，则进入下一步骤，否则，进入到步骤6；

步骤5：依据回光强度信息，将标靶正面转化为二值图像，依据图像处理算法提取每个标靶的中心坐标，进入步骤7；

步骤6：首先将每个标靶正面的点云数据投影到由它拟合的面上，然后利用凸包算法求每个标靶正面点云数据的最小外接正五边形，将最小外接正五边形的中心作为每个标靶正面的中心坐标；

步骤7：依据迷你棱镜组件的长度、标靶面板的厚度和标靶正面的数学表达式，将所识别的每个标靶正面中心换算到迷你棱镜中心位置；

步骤8：确定全站仪所测的迷你棱镜和扫描仪所测的迷你棱镜之间的公共点，使用罗德里格矩阵法可将点云所在的局部坐标系换算到全站仪所在的绝对坐标系中，完成点云数据注册。

本发明的有益效果为：适用于多种三维激光扫描仪，标靶无需整平放置，既可用于测站拼接，又可用于绝对坐标注册，体积小便携带，采用外接迷你棱镜，降低了用户成本，易于推广。

附图说明

图1为标靶的前视图；

图2为标靶的后视图；

图3为标靶的底视图；

图4为标靶的组装图；

图5为标靶的使用方法一；

图6为标靶的使用方法二；

图7为标靶的使用方法三。

其中在图5至图7中设备名称具体为，三维激光扫描仪6，无棱镜标靶7，全站仪8，有棱镜标靶9。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1至图4所示：一种可连接迷你棱镜的多功能三维激光扫描标靶，包括标靶1、该标靶1为五边形结构，透明连接装置4、棱镜基座3，在标靶1正面设置有标靶图形2，棱镜基座3设置在标靶1反面，棱镜基座3位于标靶1的中心位置，透明连接装置4与标靶1其中一个侧面连接。

在透明连接装置4自由端可以连接在三脚架5上。

图5为标靶的具体使用方法一，用于测站之间的点云拼接：

一种可连接迷你棱镜的多功能三维激光扫描标靶的使用方法，包括以下步骤：

步骤1：至少选取三个标靶，标靶组装完整后，将每个标靶的正面朝向扫描仪端，反面朝向待测站；

步骤2：通过扫描仪依次测量完标靶正面后，将扫描仪移动至下一个待测站点，测量标靶反面；

步骤3：通过最小二乘法拟合出标靶正面的所在空间平面的数学方程；

步骤4：将每个标靶正面的点云数据投影到由它拟合的面上，然后利用凸包算法求标靶正面的点云数据的最小外接正五边形，将最小外接正五边形的中心作为标靶正面的中心点；

步骤5：将每个标靶反面的点云数据投影到由它拟合的面上，然后利用凸包算法求标靶反面的点云数据的最小外接正五边形，将最小外接正五边形的中心作为标靶反面的中心点；

步骤6：确定两次测站中存在的公共点，使用罗德里格矩阵可将两个站的点云数据统一到一个坐标系中，完成点云拼接。

图6为标靶的具体使用方法二，基于无棱镜模式的绝对坐标注册：

一种可连接迷你棱镜的多功能三维激光扫描标靶的使用方法，包括以下步骤：

步骤1：至少选取三个标靶，标靶组装完整后，将每个标靶的正面朝向全站仪，反面朝向扫描仪；

步骤2：用全站仪测量每个标靶正面的中心；

步骤3：用扫描仪扫描每个标靶的反面，采用随机采样一致性算法拟合出每个标靶反面所在空间平面的数学方程；

步骤4：将每个标靶反面的点云数据投影到由它拟合的面上，然后利用凸包算法求每个标靶反面点云数据的最小外接正五边形，将最小外接正五边形的中心作为每个标靶反面的中心坐标，依据标靶面板的厚度和每个标靶的反面的数学表达式，将所识别的每个标靶反面中心换算到正面中心位置；

步骤5：确定全站仪所测的三个标靶和扫描仪所测的三个标靶中的公共点，使用罗德里格矩阵法可将点云所在的局部坐标系换算到全站仪所在的绝对坐标系中，完成点云数据注册。

图7为标靶的具体使用方法三，基于迷你棱镜的高精度绝对坐标注册：

一种可连接迷你棱镜的多功能三维激光扫描标靶的使用方法，包括以下步骤：

步骤1：至少选取三个标靶，在标靶的棱镜基座上安装有迷你棱镜，将每个标靶的正面朝向扫描仪端，反面朝向全站仪；

步骤2：利用全站仪测量三个迷你棱镜；

步骤3：用扫描仪扫描每个标靶的正面，并拟合出每个标靶正面的所在空间平面的数学方程；

步骤4：判断扫描仪到每个标靶的距离是否在设定值之间，如果是，则进入下一步骤，否则，进入到步骤6；

步骤5：依据回光强度信息，将标靶正面转化为二值图像，依据图像处理算法提取每个标靶的中心坐标，进入步骤7；

步骤6：首先将每个标靶正面的点云数据投影到由它拟合的面上，然后利用凸包算法求每个标靶正面点云数据的最小外接正五边形，将最小外接正五边形的中心作为每个标靶正面的中心坐标；

步骤7：依据迷你棱镜组件的长度、标靶面板的厚度和标靶正面的数学表达式，将所识别的每个标靶正面中心换算到迷你棱镜中心位置；

步骤8：确定全站仪所测的迷你棱镜和扫描仪所测的迷你棱镜之间的公共点，使用罗德里格矩阵法可将点云所在的局部坐标系换算到全站仪所在的绝对坐标系中，完成点云数据注册。

Claims (5)

1.一种可连接迷你棱镜的多功能三维激光扫描标靶，其特征在于：包括标靶(1)、透明连接装置(4)、棱镜基座(3)，该标靶(1)为五边形结构，在所述标靶(1)正面设置有标靶图形(2)，所述棱镜基座(3)设置在所述标靶(1)反面，所述棱镜基座(3)位于所述标靶(1)的中心位置，所述透明连接装置(4)与所述标靶(1)其中一个侧面连接。

2.根据权利要求1所述一种可连接迷你棱镜的多功能三维激光扫描标靶，其特征在于：在所述透明连接装置(4)自由端可以连接在三脚架(5)上。

3.一种可连接迷你棱镜的多功能三维激光扫描标靶的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：至少选取三个标靶，标靶组装完整后，将每个标靶的正面朝向扫描仪端，反面朝向待测站；

步骤2：通过扫描仪依次测量完标靶正面后，将扫描仪移动至下一个待测站点，测量标靶反面；

步骤3：通过最小二乘法拟合出标靶正面的所在空间平面的数学方程；

步骤4：将每个标靶正面的点云数据投影到由它拟合的面上，然后利用凸包算法求标靶正面的点云数据的最小外接正五边形，将最小外接正五边形的中心作为标靶正面的中心点；

步骤5：将每个标靶反面的点云数据投影到由它拟合的面上，然后利用凸包算法求标靶反面的点云数据的最小外接正五边形，将最小外接正五边形的中心作为标靶反面的中心点；

步骤6：确定两次测站中存在的公共点，使用罗德里格矩阵可将两个站的点云数据统一到一个坐标系中，完成点云拼接。

4.一种可连接迷你棱镜的多功能三维激光扫描标靶的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：至少选取三个标靶，标靶组装完整后，将每个标靶的正面朝向全站仪，反面朝向扫描仪；

步骤2：用全站仪测量每个标靶正面的中心；

步骤3：用扫描仪扫描每个标靶的反面，采用随机采样一致性算法拟合出每个标靶反面所在空间平面的数学方程；

步骤4：将每个标靶反面的点云数据投影到由它拟合的面上，然后利用凸包算法求每个标靶反面点云数据的最小外接正五边形，将最小外接正五边形的中心作为每个标靶反面的中心坐标，依据标靶面板的厚度和每个标靶的反面的数学表达式，将所识别的每个标靶反面中心换算到正面中心位置；

步骤5：确定全站仪所测的三个标靶和扫描仪所测的三个标靶中的公共点，使用罗德里格矩阵法可将点云所在的局部坐标系换算到全站仪所在的绝对坐标系中，完成点云数据注册。

5.一种可连接迷你棱镜的多功能三维激光扫描标靶的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：至少选取三个标靶，在标靶的棱镜基座上安装有迷你棱镜，将每个标靶的正面朝向扫描仪端，反面朝向全站仪；

步骤2：利用全站仪测量三个迷你棱镜；

步骤3：用扫描仪扫描每个标靶的正面，并拟合出每个标靶正面的所在空间平面的数学方程；

步骤4：判断扫描仪到每个标靶的距离是否在设定值之间，如果是，则进入下一步骤，否则，进入到步骤6；

步骤5：依据回光强度信息，将标靶正面转化为二值图像，依据图像处理算法提取每个标靶的中心坐标，进入步骤7；

步骤6：首先将每个标靶正面的点云数据投影到由它拟合的面上，然后利用凸包算法求每个标靶正面点云数据的最小外接正五边形，将最小外接正五边形的中心作为每个标靶正面的中心坐标；

步骤7：依据迷你棱镜组件的长度、标靶面板的厚度和标靶正面的数学表达式，将所识别的每个标靶正面中心换算到迷你棱镜中心位置；

步骤8：确定全站仪所测的迷你棱镜和扫描仪所测的迷你棱镜之间的公共点，使用罗德里格矩阵法可将点云所在的局部坐标系换算到全站仪所在的绝对坐标系中，完成点云数据注册。