CN114061445A - 一种基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统标定方法 - Google Patents

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CN114061445A CN202111221305.1A CN202111221305A CN114061445A CN 114061445 A CN114061445 A CN 114061445A CN 202111221305 A CN202111221305 A CN 202111221305A CN 114061445 A CN114061445 A CN 114061445A
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Abstract

本发明公开了一种基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统标定方法，对测量系统的三维扫描设备分别与云台机构、地面导轨、地面的夹角进行标定，对两台三维扫描设备间的安装位置关系进行标定，还对两台三维扫描设备与设备坐标系的平移位置关系进行标定。本发明能够解决基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统的坐标系空间变换问题，即解决如何准确地把被测量物体的点云坐标从激光雷达坐标系变换至设备坐标系下，确保测量系统后续的测量精度，方便快捷。

Description

一种基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统标定方法
技术领域
本发明属于车厢测量技术领域，具体涉及一种基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统标定方法。
背景技术
现有车厢尺寸的非接触式测量方法分为两种。第一种采用多台点激光测距仪，对机动车，特别是货车的车厢进行长宽高的测量。由于点激光测距仪的数据单一性，无法针对复杂的车厢场景进行全自动化，高精度，快速测量。第二种测量方法采用单或多激光雷达加伺服电机的旋转数据获取方式，但是由于伺服运动会直接参与到点云在各个轴上位置的计算，以及激光雷达小夹角时测不准的物理特性，导致该方法标定和安装十分复杂、且测量精度差。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述现有技术中存在的问题，提供一种基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统标定方法，对多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统进行标定，标定测量系统中的各个影响测量精度的参数，保证测量的准确性，标定简单快捷。
本发明目的通过下述技术方案来实现：一种基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统标定方法，包括以下步骤：
S1、设置基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统：将龙门架设置在地面导轨上，龙门架上可上下滑动地连接有横向导轨，云台机构与横向导轨左右滑动连接，两台伺服电机相对设置在云台机构两侧，伺服电机转轴上连接有一台三维扫描设备；还包括控制模块，横向导轨、云台机构伺服电机和三维扫描设备均与控制模块信号连接；
S2、建立设备坐标系、左三维扫描设备坐标系和右三维扫描坐标系；在测量系统的龙门架下方形成的测量空间内放置标定盒；测量系统的各个模块上电初始化；
S3、控制模块控制伺服电机带动两台三维扫描设备转动，转动到两台三维扫描设备的扫描面能够完整扫描整个车厢的扫描角度；控制横向导轨带动云台机构移动至第一高度L1后，云台机构沿着设置在龙门架上的横向导轨运动，同时两台三维扫描设备分别对标定盒进行扫描，分别得到左右两个三维扫描设备生成的点云cloudleft1和cloudright1；
S4、控制模块控制横向导轨带动云台机构移动至第二高度L2后，云台机构沿着横向导轨朝与步骤S3中相同的方向运动，同时两台三维扫描设备分别对标定盒进行扫描，分别得到左右两个三维扫描设备生成的点云cloudleft2和cloudright2；
S5、根据步骤S3和步骤S4中的扫描数据，按照下列公式计算左三维扫描设备与云台机构的安装夹角θleft，右三维扫描设备与云台机构的安装夹角θright：
Figure BDA0003312723810000021
Figure BDA0003312723810000022
其中，标定盒上固定一点在点云cloudleft1中的坐标为
Figure BDA0003312723810000023
在点云cloudright1中的坐标为
Figure BDA0003312723810000024
标定盒子上同一固定点在点云cloudleft2中的坐标为
Figure BDA0003312723810000025
在点云cloudright2中的坐标为
Figure BDA0003312723810000026
优选地，还包括标定两个激光雷达与地面导轨的夹角，包括以下步骤：
A1、基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统的各个模块上电初始化；在龙门架下方的测量空间内放置标定盒，控制模块控制两台伺服电机旋转，调整左右三维扫描设备与云台机构的安装夹角分别为角θleft和θright；
A2、控制模块控制龙门架沿地面导轨运动至第一位置D1后，云台机构沿着设置在龙门架上的横向导轨运动，同时两台三维扫描设备分别对标定盒进行扫描，分别得到左右两个三维扫描设备生成的点云cloudleft3和cloudright3；
A3、控制模块控制龙门架沿地面导轨移动至第二位置D2后，云台机构沿着横向导轨朝与步骤A2中相同的方向运动，同时两台三维扫描设备分别对标定盒进行扫描，分别得到左右两个三维扫描设备生成的点云cloudleft4和cloudright4；
A4、根据步骤A2和步骤A3中的扫描数据，按照下列公式计算左三维扫描设备与地面导轨的夹角βleft，右三维扫描设备与地面导轨的夹角βright：
Figure BDA0003312723810000031
Figure BDA0003312723810000032
其中，标定盒上固定一点在点云cloudleft3中的坐标为
Figure BDA0003312723810000033
在点云cloudright3中的坐标为
Figure BDA0003312723810000034
标定盒子上同一固定点在点云cloudleft4中的坐标为
Figure BDA0003312723810000035
在点云cloudright4中的坐标为
Figure BDA0003312723810000036
优选地，还包括标定左右三维扫描设备与地面的夹角，包括以下步骤：
B1、基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统的各个模块上电初始化；控制模块控制两台伺服电机旋转，调整左右三维扫描设备与云台机构的安装夹角分别为角θleft和θright；
B2、控制模块控制云台机构沿着设置在龙门架上的横向导轨运动，同时两台三维扫描设备进行扫描，分别得到左右两个三维扫描设备生成的点云cloudleft5和cloudright5；
B3、根据步骤B2中的扫描数据，按照下列公式计算左三维扫描设备与地面的夹角αleft，右三维扫描设备与地面的夹角αright：
Figure BDA0003312723810000037
Figure BDA0003312723810000038
其中，(aleft,bleft,cleft,dleft)为提取的点云cloudleft5地面点云的平面参数，
Figure BDA0003312723810000039
为平面法向量；(aright,bright,cright,dright)为提取的点云cloudright5地面点云的平面参数，
Figure BDA00033127238100000310
为平面法向量；[0,0,1]为标准地面法向量。
优选地，还包括标定左三维扫描设备和右三维扫描设备的安装位置关系，包括以下步骤：
C1、基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统的各个模块上电初始化；在龙门架下方的测量空间内放置标定盒，控制模块控制两台伺服电机旋转，调整左右三维扫描设备与云台机构的安装夹角分别为角θleft和θright；
C2、控制模块控制云台机构沿着设置在龙门架上的横向导轨运动，同时两台三维扫描设备分别对标定盒进行扫描，分别得到左右两个三维扫描设备生成的点云cloudleft6和cloudright6；
C3、根据步骤C2中的扫描数据，按照下列公式计算左三维扫描设备与右三维扫描设备的变换矩阵
Figure BDA0003312723810000041
为：
Figure BDA0003312723810000042
其中，(xleft,yleft,zleft)和(xright,yright,zright)分别为标定盒上同一个点分别在左右雷达点云cloudleft6和cloudright6的坐标。
优选地，还包括标定左右三维扫描设备与设备坐标系的平移位置关系，包括以下步骤：
D1、基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统的各个模块上电初始化；控制模块控制两台伺服电机旋转，调整左右三维扫描设备与云台机构的安装夹角分别为角θleft和θright；
D2、控制模块控制云台机构沿着设置在龙门架上的横向导轨运动至设备坐标系原点，控制横向导轨带动云台移动至指定高度L3，将标定盒放置在设备坐标系零点，云台机构沿横向导轨运动的同时两台三维扫描设备分别对标定盒进行扫描，分别得到左右两个三维扫描设备生成的点云cloudleft7和cloudright7；
D3、根据步骤D2中的扫描数据，按照下列公式计算左三维扫描设备与设备坐标系的平移关系，即矩阵
Figure BDA0003312723810000043
右三维扫描设备与设备坐标系的平移关系，即矩阵
Figure BDA0003312723810000051
Figure BDA0003312723810000052
其中，(xleft,yleft,zleft)和(xright,yright,zright)分别为标定盒上同一个点分别在左右雷达点云cloudleft7和cloudright7的坐标。
优选地，云台机构的初始位置为龙门架左端或右端，运动方向为从左至右或从右至左。
优选地，设备坐标系为世界坐标系，其原点为为地面上与龙门架中心对应的点，其z轴垂直于底面，y轴平行于地面导轨，x轴垂直于地面导轨。
前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
本发明的有益效果：
1、通过调整基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统中龙门架和云台机构的位置，对标定盒进行扫描，通过扫描到的标定盒的数据，进行计算处理，即可实现对系统内多个参数的标定，简单快捷。
2、由于三维扫描设备自身坐标系与世界坐标系不同向，通过本发明的标定方法对测量系统中的多个参数进行标定后，即可准确的将三维扫描设备扫描到的点云变换到世界坐标系中，便于测量系统后续对车厢尺寸的计算。
附图说明
图1是本发明标定三维扫描设备与云台机构安装夹角的流程示意图。
图2是本发明中基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统的机构示意图。
图3是本发明右三维扫描设备与伺服电机的安装结构示意图。
图4是本发明中的坐标系示意图。
其中，附图标号为：1-龙门架；2-横向导轨；3-云台机构；4-伺服电机；5-连接件；6-三维扫描设备。
具体实施方式
下列非限制性实施例用于说明本发明。
实施例1：
参考图1所示，一种基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统标定方法，包括以下步骤：
S1、设置基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统：将龙门架设置在地面导轨上，龙门架上可上下滑动地连接有横向导轨，云台机构与横向导轨左右滑动连接，两台伺服电机相对设置在云台机构两侧，伺服电机转轴上连接有一台三维扫描设备；还包括控制模块，横向导轨、云台机构伺服电机和三维扫描设备均与控制模块信号连接；
参考图2和图3所示，基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统，包括龙门架1和控制模块(图中未示出)，以及分别于控制模块信号连接的横向导轨2、云台机构3、两台伺服电机4和两台三维扫描设备6，该系统的横向导轨2设置在龙门架1上，云台机构3通过横向导轨2与龙门架1滑动连接。两台伺服电机4通过连接件5分别相对设置在云台机构3两侧，每台伺服电机4的转轴上连接有一三维扫描设备6，该系统的三位扫描设备可以是激光雷达、结构光、线激光、双目或多目三维测量设备。
本实施例采用的三维扫描设备为激光雷达，左右激光雷达分别连接到伺服电机的转轴上，在伺服电机的带动下，其扫描面与云台机构的夹角能够进行调整，保证左右两个激光雷达的扫描面能够将车厢完整的扫描。
S2、建立设备坐标系、左三维扫描设备坐标系和右三维扫描坐标系；在测量系统的龙门架下方形成的测量空间内放置标定盒；测量系统的各个模块上电初始化；
参考图4所示，本发明的设备坐标系即为世界坐标系，水平方向为X轴，纵向为Y轴，竖直方向为Z轴；三维设备扫描坐标系为本实施例中激光雷达自身的扫描坐标系；云台机构坐标系设为与设备坐标系同向。本发明的设备坐标系的原点定义为，原点位于龙门架的中心线上，且在地面上；z轴垂直于地面，竖直向上；y轴平行于导轨；x轴垂直于导轨。即xoy平面为地面。本实施例的y轴平行于导轨，正方向指向车头方向。
S3、控制模块控制伺服电机带动两台三维扫描设备转动，转动到两台三维扫描设备的扫描面能够完整扫描整个车厢的扫描角度；控制横向导轨带动云台机构移动至第一高度L1后，云台机构沿着设置在龙门架上的横向导轨运动，同时两台三维扫描设备分别对标定盒进行扫描，分别得到左右两个三维扫描设备生成的点云cloudleft1和cloudright1；
本步骤中的扫描角度，保证左右三维扫描设备的扫描面能够扫描完整车厢且不会与云台机构相交即可。该步骤中标定的即为图3中的夹角θ。
S4、控制模块控制横向导轨带动云台机构移动至第二高度L2后，云台机构沿着横向导轨朝与步骤S3中相同的方向运动，同时两台三维扫描设备分别对标定盒进行扫描，分别得到左右两个三维扫描设备生成的点云cloudleft2和cloudright2；
云台机构的运动方向可以是从左至右，也可以是从右至左，保证两次运动方向相同即可。
S5、根据步骤S3和步骤S4中的扫描数据，按照下列公式计算左三维扫描设备与云台机构的安装夹角θleft，右三维扫描设备与云台机构的安装夹角θright：
Figure BDA0003312723810000081
Figure BDA0003312723810000082
其中，标定盒上固定一点在点云cloudleft1中的坐标为
Figure BDA0003312723810000083
在点云cloudright1中的坐标为
Figure BDA0003312723810000084
标定盒子上同一固定点在点云cloudleft2中的坐标为
Figure BDA0003312723810000085
在点云cloudright2中的坐标为
Figure BDA0003312723810000086
测量系统各硬件设备准备就绪，放置标定盒，控制左右伺服电机旋转至指定角度，控制横向导轨带动云台机构移动至指定高度L1，启动扫描程序，云台机构沿横向导轨从左至右水平移动，得到左激光雷达生成的点云cloudleft1，右激光雷达生成的点云cloudright1。变换左右点云的坐标系，使之与设备坐标系同方向。标定盒上固定一点在点云cloudleft1中的坐标为
Figure BDA0003312723810000087
在点云cloudright1中的坐标为
Figure BDA0003312723810000088
云台机构移动至指定高度L2，启动扫描程序，云台机构从左至右水平移动，得到新的左激光雷达生成的点云cloudleft2，得到新的右激光雷达生成的点云cloudright2，变换左右点云的坐标系，使之与设备坐标系同方向。标定盒子上同一固定点在点云cloudleft2中的坐标为
Figure BDA0003312723810000089
在点云cloudright2中的坐标为
Figure BDA00033127238100000810
由于左激光雷达与云台存在安装夹角θleft，同时两次扫描云台机构高度不一样，所以标定盒子在左激光雷达两次点云下的坐标中的y保持不变，x变化，由三角函数得到
Figure BDA00033127238100000811
由于右激光雷达与云台存在安装夹角θright，同时两次扫描云台机构高度不一样，所以标定盒子在右激光雷达两次点云下的坐标中的y保持不变，x变化，由三角函数得到
Figure BDA00033127238100000812
至此左激光雷达与云台的真实的安装夹角θleft，右激光雷达与云台的真实的安装夹角θright参数标定完成。
完成左右三维扫描设备与云台机后的夹角标定后，本发明的标定方法还包括对左右三维扫描设备与地面导轨的夹角标定，包括以下步骤：
A1、基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统的各个模块上电初始化；在龙门架下方的测量空间内放置标定盒，控制模块控制两台伺服电机旋转，调整左右三维扫描设备与云台机构的安装夹角分别为角θleft和θright；
标定左右三维扫描设备与底面导轨的夹角时，将左右三维扫描设备与云台机构的夹角调整为步骤S5中标定后的夹角θleft和θright，保证在标定好的夹角下对其他参数进行标定，不会造成额外的影响。
A2、控制模块控制龙门架沿地面导轨运动至第一位置D1后，云台机构沿着设置在龙门架上的横向导轨运动，同时两台三维扫描设备分别对标定盒进行扫描，分别得到左右两个三维扫描设备生成的点云cloudleft3和cloudright3；
A3、控制模块控制龙门架沿地面导轨移动至第二位置D2后，云台机构沿着横向导轨朝与步骤A2中相同的方向运动，同时两台三维扫描设备分别对标定盒进行扫描，分别得到左右两个三维扫描设备生成的点云cloudleft4和cloudright4；
与步骤S2和S3中相同，这里的云台机构运动方向可以是从左至右也可以是从右至左，保证两次扫描的运动方向相同即可。
A4、根据步骤A2和步骤A3中的扫描数据，按照下列公式计算左三维扫描设备与地面导轨的夹角βleft，右三维扫描设备与地面导轨的夹角βright：
Figure BDA0003312723810000091
Figure BDA0003312723810000092
其中，标定盒上固定一点在点云cloudleft3中的坐标为
Figure BDA0003312723810000093
在点云cloudright3中的坐标为
Figure BDA0003312723810000094
标定盒子上同一固定点在点云cloudleft4中的坐标为
Figure BDA0003312723810000095
在点云cloudright4中的坐标为
Figure BDA0003312723810000096
本实施例中，对左右激光雷达与地面导轨的夹角标定具体为：测量系统各硬件设备准备就绪，放置标定盒，控制左右伺服电机带动左右激光雷达旋转至上述标定完成的夹角θleft，θright。龙门架移动至指定位置D1，启动扫描程序，云台从左至右水平移动，得到左激光雷达生成的点云cloudleft3，右激光雷达生成的点云cloudright3。变换左右点云的坐标系，使之与设备坐标系同方向。标定盒子上固定一点在cloudleft3中的坐标
Figure BDA0003312723810000101
在点云cloudright3中的坐标
Figure BDA0003312723810000102
龙门架移动至D2，启动扫描程序，云台从左至右水平移动，得到左激光雷达生成的点云cloudleft4，右激光雷达生成的点云cloudright4。变换左右点云的坐标系，使之与设备坐标系同方向。标定盒子上同一个点在左激光雷达生成的点云cloudleft4中的坐标
Figure BDA0003312723810000103
在点云cloudright4中的坐标为
Figure BDA0003312723810000104
由于左激光雷达扫描面与设备导轨存在夹角βleft，右激光雷达扫描面与设备导轨的存在夹角βright,同时两次扫描龙门架的位置不一样，所以标定盒子在左激光雷达两次点云下的坐标中z保持不变，x变化，由三角函数得到
Figure BDA0003312723810000105
同理得到
Figure BDA0003312723810000106
至此左激光雷达扫描面与设备导轨的真实夹角βleft，右激光雷达扫描面与设备导轨的真实夹角βright标定完成。
本发明的标定方法，还包括对左右激光雷达与地面夹角的标定，包括以下步骤：
B1、基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统的各个模块上电初始化；控制模块控制两台伺服电机旋转，调整左右三维扫描设备与云台机构的安装夹角分别为角θleft和θright；
B2、控制模块控制云台机构沿着设置在龙门架上的横向导轨运动，同时两台三维扫描设备进行扫描，分别得到左右两个三维扫描设备生成的点云cloudleft5和cloudright5；
B3、根据步骤B2中的扫描数据，按照下列公式计算左三维扫描设备与地面的夹角αleft，右三维扫描设备与地面的夹角αright：
Figure BDA0003312723810000111
Figure BDA0003312723810000112
其中，(aleft,bleft,cleft,dleft)为提取的点云cloudleft5地面点云的平面参数，
Figure BDA0003312723810000113
为平面法向量；(aright,bright,cright,dright)为提取的点云cloudright5地面点云的平面参数，
Figure BDA0003312723810000114
为平面法向量；[0,0,1]为标准地面法向量。
本实施例中，对左右激光雷达与地面的夹角标定方法为：测量系统各硬件准备就绪，控制左右伺服电机带动激光雷达旋转至上述标定完成的θleft，θright，启动扫描程序，云台从左水平移动，得到左激光雷达的点云cloudleft5,提取点云cloudleft5中的地面点云，变换左右点云的坐标系，使之与设备坐标系同方向。其平面参数为(aleft,bleft,cleft,dleft),平面法向量为
Figure BDA0003312723810000115
因为存在左激光雷达与地面的夹角αleft，所以提取的平面法向量
Figure BDA0003312723810000116
与标准地面法向量[0,0,1]存在夹角，此夹角即为左激光雷达与地面的夹角。由向量的点乘法则可以求出
Figure BDA0003312723810000117
同理，右激光雷达的点云cloudright5，提取点云cloudright5中的地面点云，其平面参数为(aright,bright,cright,dright)，平面法向量为
Figure BDA0003312723810000118
应为存在右激光雷达与地面的夹角αright，所以提取的平面法向量
Figure BDA0003312723810000119
与标准地面法向量[0,0,1]存在夹角，此夹角即为右激光雷达与地面的夹角。由向量的点乘法则可以求出
Figure BDA00033127238100001110
至此，右激光雷达与地面的真实夹角αright，左激光雷达与地面的真实夹角αleft两参数标定完成。
本发明的标定方法还包括对左三维扫描设备与右三维扫描设备的安装位置关系进行标定，包括以下步骤：
C1、基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统的各个模块上电初始化；在龙门架下方的测量空间内放置标定盒，控制模块控制两台伺服电机旋转，调整左右三维扫描设备与云台机构的安装夹角分别为角θleft和θright；
C2、控制模块控制云台机构沿着设置在龙门架上的横向导轨运动，同时两台三维扫描设备分别对标定盒进行扫描，分别得到左右两个三维扫描设备生成的点云cloudleft6和cloudright6；
C3、根据步骤C2中的扫描数据，按照下列公式计算左三维扫描设备与右三维扫描设备的变换矩阵
Figure BDA0003312723810000121
为：
Figure BDA0003312723810000122
其中，(xleft,yleft,zleft)和(xright,yright,zright)分别为标定盒上同一个点分别在左右雷达点云cloudleft6和cloudright6的坐标。
本实施例中，对左激光雷达与右激光雷达的安装位置关系进行标定，测量系统各硬件设备准备就绪，放置标定盒子，控制左右伺服电机旋转至第一步标定完成的θleft，θright，启动扫描程序，云台机构从左水平移动，得到左激光雷达点云cloudleft6，右激光雷达点云cloudright6。变换左右点云的坐标系，使之与设备坐标系同方向。因为存在左右激光雷达安装位置关系，标定盒子上同一个点的在左右雷达点云的坐标不一样。(xleft,yleft,zleft)为在cloudleft6的坐标，(xright,yright,zright)为在cloudright6的坐标。即左激光雷达与右激光雷达的变换矩阵为：
Figure BDA0003312723810000123
本发明对左三维扫描设备与右三维扫描设备的安装位置关系进行标定，即相当于求取左三维扫描设备和右三维扫描设备的变换矩阵。
本发明的标定方法，还包括分别对左右三维扫描设备与设备坐标系的平移位置关系进行标定，包括以下步骤：
D1、基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统的各个模块上电初始化；控制模块控制两台伺服电机旋转，调整左右三维扫描设备与云台机构的安装夹角分别为角θleft和θright；
D2、控制模块控制云台机构沿着设置在龙门架上的横向导轨运动至设备坐标系原点，控制横向导轨带动云台移动至指定高度L3，将标定盒放置在设备坐标系零点，云台机构沿横向导轨运动的同时两台三维扫描设备分别对标定盒进行扫描，分别得到左右两个三维扫描设备生成的点云cloudleft7和cloudright7；
D3、根据步骤D2中的扫描数据，按照下列公式计算左三维扫描设备与设备坐标系的平移关系，即矩阵
Figure BDA0003312723810000131
右三维扫描设备与设备坐标系的平移关系，即矩阵
Figure BDA0003312723810000132
Figure BDA0003312723810000133
其中，(xleft,yleft,zleft)和(xright,yright,zright)分别为标定盒上同一个点分别在左右雷达点云cloudleft7和cloudright7的坐标。
本实施例分别对左右激光雷达与设备坐标系的平移位置关系进行标定：测量系统各硬件设备就绪，龙门架移动至设备系统坐标系y轴零点，云台移动至指定高度L3，放置标定盒子至设备坐标系的零点，启动扫描程序，得到左激光雷达的cloudleft7，标定盒子上一点的坐标为(xleft,yleft,zleft),所以，
Figure BDA0003312723810000134
右激光雷达点云cloudright7,标定点上一点的坐标为(xright,yright,zright),所以
Figure BDA0003312723810000141
综上所述，本发明提供的一种基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统标定方法，能够对基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统进行标定，标定两台三维扫描设备与云台机构的安装夹角、两台三维扫描设备与地面导轨的夹角、左右三维扫描设备与地面的夹角，左三维扫描设备与右三维扫描设备的安装位置关系、左右三维扫描设备与设备坐标系的平移位置关系。解决基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统的坐标系空间变换问题，即如何准确地把被测量物体的点云坐标从三维扫描设备坐标系变换至设备坐标系下。
前述本发明基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。在此不做穷举，本领域技术人员可知有众多组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、设置基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统：将龙门架设置在地面导轨上，龙门架上可上下滑动地连接有横向导轨，云台机构与横向导轨左右滑动连接，两台伺服电机相对设置在云台机构两侧，伺服电机转轴上连接有一台三维扫描设备；还包括控制模块，横向导轨、云台机构伺服电机和三维扫描设备均与控制模块信号连接；
S2、建立设备坐标系、左三维扫描设备坐标系和右三维扫描坐标系；在测量系统的龙门架下方形成的测量空间内放置标定盒；测量系统的各个模块上电初始化；
S3、控制模块控制伺服电机带动两台三维扫描设备转动，转动到两台三维扫描设备的扫描面能够完整扫描整个车厢的扫描角度；控制横向导轨带动云台机构移动至第一高度L1后，云台机构沿着设置在龙门架上的横向导轨运动，同时两台三维扫描设备分别对标定盒进行扫描，分别得到左右两个三维扫描设备生成的点云cloudleft1和cloudright1；
S4、控制模块控制横向导轨带动云台机构移动至第二高度L2后，云台机构沿着横向导轨朝与步骤S3中相同的方向运动，同时两台三维扫描设备分别对标定盒进行扫描，分别得到左右两个三维扫描设备生成的点云cloudleft2和cloudright2；
S5、根据步骤S3和步骤S4中的扫描数据，按照下列公式计算左三维扫描设备与云台机构的安装夹角θleft，右三维扫描设备与云台机构的安装夹角θright：
Figure FDA0003312723800000011
Figure FDA0003312723800000012
其中，标定盒上固定一点在点云cloudleft1中的坐标为
Figure FDA0003312723800000013
在点云cloudright1中的坐标为
Figure FDA0003312723800000021
标定盒子上同一固定点在点云cloudleft2中的坐标为
Figure FDA0003312723800000022
在点云cloudright2中的坐标为
Figure FDA0003312723800000023
2.根据权利要求1所述的一种基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统标定方法，其特征在于，还包括标定两个激光雷达与地面导轨的夹角，包括以下步骤：
A1、基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统的各个模块上电初始化；在龙门架下方的测量空间内放置标定盒，控制模块控制两台伺服电机旋转，调整左右三维扫描设备与云台机构的安装夹角分别为角θleft和θright；
A2、控制模块控制龙门架沿地面导轨运动至第一位置D1后，云台机构沿着设置在龙门架上的横向导轨运动，同时两台三维扫描设备分别对标定盒进行扫描，分别得到左右两个三维扫描设备生成的点云cloudleft3和cloudright3；
A3、控制模块控制龙门架沿地面导轨移动至第二位置D2后，云台机构沿着横向导轨朝与步骤A2中相同的方向运动，同时两台三维扫描设备分别对标定盒进行扫描，分别得到左右两个三维扫描设备生成的点云cloudleft4和cloudright4；
A4、根据步骤A2和步骤A3中的扫描数据，按照下列公式计算左三维扫描设备与地面导轨的夹角βleft，右三维扫描设备与地面导轨的夹角βright：
Figure FDA0003312723800000024
Figure FDA0003312723800000025
其中，标定盒上固定一点在点云cloudleft3中的坐标为
Figure FDA0003312723800000026
在点云cloudright3中的坐标为
Figure FDA0003312723800000027
标定盒子上同一固定点在点云cloudleft4中的坐标为
Figure FDA0003312723800000028
在点云cloudright4中的坐标为
Figure FDA0003312723800000029
3.根据权利要求1所述的一种基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统标定方法，其特征在于，还包括标定左右三维扫描设备与地面的夹角，包括以下步骤：
B1、基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统的各个模块上电初始化；控制模块控制两台伺服电机旋转，调整左右三维扫描设备与云台机构的安装夹角分别为角θleft和θright；
B2、控制模块控制云台机构沿着设置在龙门架上的横向导轨运动，同时两台三维扫描设备进行扫描，分别得到左右两个三维扫描设备生成的点云cloudleft5和cloudright5；
B3、根据步骤B2中的扫描数据，按照下列公式计算左三维扫描设备与地面的夹角αleft，右三维扫描设备与地面的夹角αright：
Figure FDA0003312723800000031
Figure FDA0003312723800000032
其中，(aleft,bleft,cleft,dleft)为提取的点云cloudleft5地面点云的平面参数，
Figure FDA0003312723800000033
为平面法向量；(aright,bright,cright,dright)为提取的点云cloudright5地面点云的平面参数，
Figure FDA0003312723800000034
为平面法向量；[0,0,1]为标准地面法向量。
4.根据权利要求1所述的一种基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统标定方法，其特征在于，还包括标定左三维扫描设备和右三维扫描设备的安装位置关系，包括以下步骤：
C1、基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统的各个模块上电初始化；在龙门架下方的测量空间内放置标定盒，控制模块控制两台伺服电机旋转，调整左右三维扫描设备与云台机构的安装夹角分别为角θleft和θright；
C2、控制模块控制云台机构沿着设置在龙门架上的横向导轨运动，同时两台三维扫描设备分别对标定盒进行扫描，分别得到左右两个三维扫描设备生成的点云cloudleft6和cloudright6；
C3、根据步骤C2中的扫描数据，按照下列公式计算左三维扫描设备与右三维扫描设备的变换矩阵
Figure FDA0003312723800000041
为：
Figure FDA0003312723800000042
其中，(xleft,yleft,zleft)和(xright,yright,zright)分别为标定盒上同一个点分别在左右雷达点云cloudleft6和cloudright6的坐标。
5.根据权利要求1所述的一种基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统标定方法，其特征在于，还包括标定左右三维扫描设备与设备坐标系的平移位置关系，包括以下步骤：
D1、基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统的各个模块上电初始化；控制模块控制两台伺服电机旋转，调整左右三维扫描设备与云台机构的安装夹角分别为角θleft和θright；
D2、控制模块控制云台机构沿着设置在龙门架上的横向导轨运动至设备坐标系原点，控制横向导轨带动云台移动至指定高度L3，将标定盒放置在设备坐标系零点，云台机构沿横向导轨运动的同时两台三维扫描设备分别对标定盒进行扫描，分别得到左右两个三维扫描设备生成的点云cloudleft7和cloudright7；
D3、根据步骤D2中的扫描数据，按照下列公式计算左三维扫描设备与设备坐标系的平移关系，即矩阵
Figure FDA0003312723800000043
右三维扫描设备与设备坐标系的平移关系，即矩阵
Figure FDA0003312723800000044
Figure FDA0003312723800000045
其中，(xleft,yleft,zleft)和(xright,yright,zright)分别为标定盒上同一个点分别在左右雷达点云cloudleft7和cloudright7的坐标。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统标定方法，其特征在于，云台机构的初始位置为龙门架左端或右端，运动方向为从左至右或从右至左。
7.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于多三维扫描设备的车厢尺寸测量系统标定方法，其特征在于，设备坐标系为世界坐标系，其原点为地面上与龙门架中心对应的点，其z轴垂直于底面，y轴平行于地面导轨，x轴垂直于地面导轨。
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