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三维激光扫描仪与数码相机联合标定方法研究

作　者: 赵松
导　师: 西勤
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: 三维立体标定靶 相机标定 三维激光扫描仪标定 扫描仪测距误差修正 联合标定 数学仿真 半实物仿真
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


三维激光扫描仪和数码相机的联合标定是实现点云和影像数据融合、优势互补的关键技术之一。目前常用的联合标定方法是基于人工辅助方式或者二维平面标靶实现的。基于人工辅助的方法会带入人为误差且自动化程度较低；基于二维平面标靶的方法受平面标靶特性、实验环境的限制。论文提出了基于三维立体标定靶的联合标定方法，设计了联合标定模型，并对模型进行了验证。论文的主要工作包括：1．在分析三维激光扫描技术原理的基础上，研究了三维激光扫描仪的误差来源和地面三维激光扫描仪检校模型。2．设计了以圆形回光反射人工标志为特征点的三维立体标定靶，提出了人工标志快速自适应定位算法。人工标志快速自适应定位算法可同时实现人工标志在点云数据和影像数据中的快速定位，为三维立体标定靶的应用奠定基础。3．提出了基于回光强度的测距误差修正模型。该模型可对点云中与回光强度相关的测距误差进行修正，修正后点云质量明显提高。该模型对三维激光扫描仪、以及测距原理相同的激光测距仪的检校，都具有重要的参考价值。4．设计了基于三维立体标定靶的联合标定数学模型。在分析激光扫描原理和相机成像原理的基础上，对扫描仪和相机的联合标定进行了数学仿真验证和半实物仿真验证，证明了联合标定模型的有效性和稳健性。5．搭建了三维激光扫描仪与数码相机联合标定实验平台。在需求分析的基础上，设计并编程实现了扫描仪与相机的联合标定软件，并给出了运行实例。通过扫描仪和数码相机的联合标定，扫描仪和相机可实现在空间上的同步，为点云和影像的数据融合奠定基础，为充分发掘相机在扫描系统中的应用提供保障。

全文目录


摘要  7-8
Abstract  8-9
第一章 绪论  9-14
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-13
    1.2.1 国外研究现状  10-11
    1.2.2 国内研究现状  11-13
  1.3 论文的主要研究内容  13
  1.4 论文的组织结构  13-14
第二章 地面三维激光扫描系统  14-24
  2.1 地面三维激光扫描系统工作原理  14-17
    2.1.1 测距系统原理  14-16
    2.1.2 测角系统原理  16
    2.1.3 扫描系统原理  16-17
  2.2 地面三维激光扫描仪误差分析  17-19
    2.2.1 误差分类  17-18
    2.2.2 仪器误差  18-19
  2.3. 地面三维激光扫描仪检校模型  19-23
    2.3.1 模块化检校  19-22
    2.3.2 系统自检校  22-23
  2.4 本章小结  23-24
第三章 三维立体标定靶的设计与实现  24-38
  3.1 三维立体标定靶结构设计  24-25
  3.2 回光反射人工标志  25-28
    3.2.1 人工标志设计  25
    3.2.2 人工标志反射特性  25-28
  3.3 人工标志定位  28-37
    3.3.1 人工标志快速自适应定位  29-30
    3.3.2 数据预处理  30-33
    3.3.3 人工标志边缘定位  33-34
    3.3.4 人工标志几何特征检测  34-35
    3.3.5 人工标志中心定位  35-36
    3.3.6 验证实验  36-37
  3.4 本章小结  37-38
第四章 基于三维立体标定靶的联合标定方法  38-54
  4.1 地面三维激光扫描仪标定  38-44
    4.1.1 测距误差标定  38-42
    4.1.2 测角误差标定  42-44
  4.2 数码相机标定  44-49
    4.2.1 相机成像模型  44-47
    4.2.2 试验场法标定  47-48
    4.2.3 黑白格棋盘标定  48-49
  4.3 扫描仪与相机的联合标定  49-53
    4.3.1 联合标定数学模型  49-50
    4.3.2 旋转矩阵的表示  50
    4.3.3 模型实现  50-53
  4.4 本章小结  53-54
第五章 联合标定的仿真验证  54-68
  5.1 联合标定数学仿真  54-64
    5.1.1 点云数据的仿真  54-59
    5.1.2 相机图像的仿真  59-62
    5.1.3 联合标定数学仿真实验及误差分析  62-64
  5.2 联合标定半实物仿真  64-67
    5.2.1 联合标定半实物仿真系统设计  64-65
    5.2.2 联合标定半实物仿真实验及误差分析  65-67
  5.3 本章小结  67-68
第六章 联合标定软件的设计与开发  68-74
  6.1 系统架构  68-71
  6.2 软件运行实例  71-73
  6.4 本章小结  73-74
第七章 总结与展望  74-76
  7.1 论文的主要工作  74
  7.2 论文的创新点  74-75
  7.3 下一步工作展望  75-76
参考文献  76-79
作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作  79-80
致谢  80

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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