多线激光传感器全局标定方法与流程

本发明创造涉及激光传感器检测的，尤其是涉及一种多线激光传感器全局标定方法。

背景技术：

1、目前，pvc地板扣型的精度检验主要依赖于胶片投影法，即在生产过程中随机抽取样品进行切片，通过投影仪将切片与标准轮廓的胶片进行对比，以检测扣型尺寸的偏差。该方法在实际操作过程中，通常需要每隔20分钟随机抽取一块板材进行切割检测，从而造成大量的板材浪费，而且胶片投影法只能定性分析而无法提供数字化的轮廓信息，测量过程也较为耗时。

2、为了实现高效、无损的形貌测量，利用多角度线激光传感器来解决pvc地板扣型高精度测量问题，需要对不同传感器进行全局校准。目前多传感器全局校准方法主要有采用高精度测量设备的标定方法和不使用高精度测量设备两种，高精度测量设备的标定方法需要如双经纬仪、激光跟踪仪等来完成全局校准。不使用高精度测量设备的多传感器全局校准方法则需要通过设计靶标，并多次移动靶标来实现校准。

3、因此，设计特殊高精度三维靶标，一次性对多个线激光传感器进行全局校准。

技术实现思路

1、为了解决上述的技术问题和缺点：如何设计特殊高精度三维靶标，一次性对多个线激光传感器进行全局校准，本发明创造提供一种多线激光传感器全局标定方法。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明创造采用如下的技术方案：

3、一种多线激光传感器全局标定方法，包括以下步骤，

4、步骤一：线激光传感器分别在四个不同角度放置，沿着标定块拍摄，各传感器分别获取a、b、c、d特征点区间的轮廓数据，提取各传感器所拍摄的标定块轮廓，在传感器一、传感器二、传感器三、传感器四图像坐标系所在轮廓分别找到公共视场ab和cd通过对不同传感器的公共视场进行配准来完成标定；

5、步骤二：在求出各特征点坐标后，以传感器一所在坐标系为基准坐标系，通过刚性变换的方式对不同坐标系下的特征点向量进行粗配准，进而求得粗配准后各坐标系的变换矩阵，计算待配准坐标系相对于基准坐标系的旋转角度，进而可求出待配准坐标系相对于基准坐标系的旋转矩阵r21，平移矩阵t21；

6、步骤三：采用双向icp算法来进行精配准，通过建立双kd树进行双向搜索，进而更为准确找到匹配点对。

7、优选的，在步骤一中，基于局部曲率来确定不同传感器下公共视场的特征点坐标，对于二维轮廓点云曲率采用三点法求解。

8、优选的，在步骤一种，采用savitzky-golay算法对点云数据进行滤波，savitzky-golay滤波算法通过在每个移动窗口内应用最小二乘法，对数据点进行多项式拟合，从而得到平滑后的轮廓，通过计算轮廓曲线上各点曲率来查找边缘特征点。

9、优选的，在步骤三中的精配准的步骤包括：

10、s31、双kd树构建：为源点云p和目标点云q分别构建kd树；

11、s32、双向最邻近搜索：从目标点云q内搜索源点云p中点pi的最近邻点，对于源点云p中的每个点pi，在目标点云q中搜索其最近邻点qi，在源点云p内搜索目标点云q中qi的最近邻点pj，若pi和pj为同一个点，即pi=pj，则pi和qi组成一个具有一一对应关系的匹配点对；否则，继续在目标点云q中寻找下一个最近点q(i+1)，并重复上述步骤，直到找到符合条件的点对，或遍历完全部点云轮廓；

12、s33、点对变换矩阵计算对应：找到匹配点对的集合，计算对应的旋转矩阵r和平移矩阵t；

13、s34、误差计算与迭代：计算变换矩阵的均方误差，判断迭代终止条件，设置阈值，并设置最大迭代次数；当或达到最大迭代次数终止迭代，否则计算出的变换矩阵对源点云进行变换，并更新点云p，并重复步骤s31到步骤s33；经过迭代可得到最终变换矩阵rf和tf,将粗配准后的点云精确配准在目标点云上。

14、综上所述，本发明创造包括以下至少一种有益技术效果：

15、1、此方法通过不同线激光传感器来获取三维标定块不同方向的轮廓数据，基于曲率特征提取各传感器获取的公共视场数据。对各传感器的公共视场进行粗配准以及精配准，进而求得各传感器的变换矩阵，实现多传感器的全局标定；

16、2、由于测量过程中存在噪声影响，部分点云数据易造成浮动，可能导致曲率最大处并非标定块的边缘特征点，从而影响边缘坐标提取的准确性。为提高标定精度并准确提取特征点坐标，采用savitzky-golay算法对点云数据进行滤波；

17、3、二维刚性变换方法可以实现两组轮廓的粗略配准，但对非线性误差的处理能力有限，只能处理简单的旋转和平移，无法纠正更复杂的几何失配。为了提高匹配精度，采用双向icp算法来进行精配准，通过建立双kd树进行双向搜索，可以更为准确找到匹配点对。

技术特征：

1.一种多线激光传感器全局标定方法，其特征在于，包括以下步骤，

2.根据权利要求1所述的多线激光传感器全局标定方法，其特征在于，在步骤一中，基于局部曲率来确定不同传感器下公共视场的特征点坐标，对于二维轮廓点云曲率采用三点法求解。

3.根据权利要求1或2所述的多线激光传感器全局标定方法，其特征在于，在步骤一种，采用savitzky-golay算法对点云数据进行滤波，savitzky-golay滤波算法通过在每个移动窗口内应用最小二乘法，对数据点进行多项式拟合，从而得到平滑后的轮廓，通过计算轮廓曲线上各点曲率来查找边缘特征点。

4.根据权利要求1所述的多线激光传感器全局标定方法，其特征在于，在步骤三中的精配准的步骤包括：

技术总结
本发明创造公开一种多线激光传感器全局标定方法，属于激光传感器检测技术领域。为了解决如何设计特殊高精度三维靶标，一次性对多个线激光传感器进行全局校准的技术问题；其技术方案要点是通过不同线激光传感器来获取三维标定块不同方向的轮廓数据，基于曲率特征提取各传感器获取的公共视场数据。对各传感器的公共视场进行粗配准以及精配准，进而求得各传感器的变换矩阵，实现多传感器的全局标定，具有：精度和效率显著提高的效果。

技术研发人员：朱海斌,唐星宇
受保护的技术使用者：浙江迈沐智能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5