本發明涉及激光(guang)雷達測(ce)量技術領(ling)域，尤其是一種基(ji)于自制(zhi)地基(ji)激光(guang)雷達鉛垂度誤(wu)差(cha)的點云誤(wu)差(cha)校正方法

背景技術：

激(ji)光(guang)雷達(da)測(ce)量(liang)技(ji)術是近些(xie)年來快速(su)發(fa)展(zhan)的(de)一種新興(xing)主動遙感技(ji)術，一般采用(yong)(yong)(yong)非接(jie)觸式測(ce)量(liang)技(ji)術，在遙感、軍(jun)事探測(ce)、海洋(yang)測(ce)繪、大(da)氣勘(kan)探領域有(you)著廣泛的(de)應用(yong)(yong)(yong)。激(ji)光(guang)雷達(da)中的(de)三維(wei)掃(sao)(sao)描(miao)(miao)測(ce)量(liang)技(ji)術在傳統(tong)單(dan)點(dian)測(ce)量(liang)技(ji)術的(de)基(ji)礎上，通過高(gao)速(su)激(ji)光(guang)掃(sao)(sao)描(miao)(miao)的(de)方式，可以快速(su)獲取目標物(wu)體(ti)表面的(de)高(gao)分辨率(lv)點(dian)云(yun)數據，該項技(ji)術具有(you)數據處理(li)簡單(dan)、快速(su)性(xing)(xing)、主動性(xing)(xing)、抗干擾(rao)能(neng)力強、測(ce)量(liang)精(jing)度(du)(du)(du)高(gao)、范(fan)圍大(da)等優點(dian)。但(dan)激(ji)光(guang)雷達(da)掃(sao)(sao)描(miao)(miao)精(jing)度(du)(du)(du)很大(da)程度(du)(du)(du)上受(shou)到(dao)自身儀(yi)器(qi)精(jing)度(du)(du)(du)影響，實際(ji)使用(yong)(yong)(yong)中，儀(yi)器(qi)的(de)精(jing)度(du)(du)(du)本身不完全符合其(qi)標稱精(jing)度(du)(du)(du)，或(huo)者因(yin)使用(yong)(yong)(yong)時的(de)外(wai)力碰撞(zhuang)、外(wai)界條(tiao)件(jian)變化、長時間使用(yong)(yong)(yong)帶來的(de)損耗以及(ji)其(qi)他未知(zhi)因(yin)素造成(cheng)儀(yi)器(qi)性(xing)(xing)能(neng)不穩定，掃(sao)(sao)描(miao)(miao)結果可能(neng)出現系統(tong)性(xing)(xing)誤(wu)差。因(yin)此，有(you)效消除激(ji)光(guang)雷達(da)儀(yi)器(qi)誤(wu)差，是提高(gao)掃(sao)(sao)描(miao)(miao)點(dian)云(yun)精(jing)度(du)(du)(du)的(de)關(guan)鍵(jian)。

根據現有研究成果，激光雷(lei)(lei)達(da)(da)主(zhu)要分為(wei)機(ji)(ji)載激光雷(lei)(lei)達(da)(da)和地面激光雷(lei)(lei)達(da)(da)兩大類，關于激光雷(lei)(lei)達(da)(da)三維(wei)成像系(xi)統的(de)(de)(de)點云誤差校正方法也各有不同，第一(yi)類基于機(ji)(ji)載激光雷(lei)(lei)達(da)(da)系(xi)統的(de)(de)(de)標定(ding)方法以(yi)飛(fei)行自標定(ding)為(wei)主(zhu)，基本思想是利用(yong)激光對已(yi)知(zhi)的(de)(de)(de)目(mu)標點或者(zhe)相(xiang)對目(mu)標點進行掃描，對過(guo)程中(zhong)產生(sheng)的(de)(de)(de)固定(ding)偏(pian)移量進行參數估(gu)計(ji)，包括重疊(die)航帶(dai)標定(ding)技(ji)術、最(zui)小二乘平差法幾(ji)何標定(ding)技(ji)術等。其中(zhong)，重疊(die)航帶(dai)標定(ding)技(ji)術對航帶(dai)拼接技(ji)術有著較(jiao)高的(de)(de)(de)要求(qiu)；平差法求(qiu)解中(zhong)的(de)(de)(de)假設前提條(tiao)件一(yi)般難以(yi)成立，可(ke)能造成參數估(gu)計(ji)精度下降(jiang)等問題。上述機(ji)(ji)載激光雷(lei)(lei)達(da)(da)系(xi)統的(de)(de)(de)標定(ding)方法和本發明無(wu)(wu)對比，無(wu)(wu)借鑒。

第(di)二類基于(yu)地(di)(di)面激光雷達系統(tong)(tong)的(de)標(biao)(biao)(biao)定方(fang)(fang)法絕大(da)多(duo)(duo)數(shu)是在室內(nei)或者基線(xian)場完成，一(yi)些(xie)涉及(ji)點位(wei)精(jing)(jing)度(du)的(de)檢(jian)定實驗(yan)主要采(cai)(cai)(cai)用公共點轉換的(de)方(fang)(fang)法，大(da)多(duo)(duo)采(cai)(cai)(cai)用系統(tong)(tong)配套的(de)標(biao)(biao)(biao)靶進行試驗(yan)，包括空間長(chang)(chang)度(du)檢(jian)測(ce)法、自(zi)檢(jian)校法等(deng)。空間長(chang)(chang)度(du)檢(jian)測(ce)法對檢(jian)測(ce)場有著較高要求，需要場地(di)(di)具有很高精(jing)(jing)度(du)，較依賴掃描(miao)目(mu)標(biao)(biao)(biao)布設的(de)精(jing)(jing)度(du)；自(zi)檢(jian)校法一(yi)般(ban)采(cai)(cai)(cai)用全站儀、經緯儀等(deng)儀器對激光雷達系統(tong)(tong)建立(li)檢(jian)校模型，模型一(yi)般(ban)包含坐標(biao)(biao)(biao)系旋轉角、平移量以及(ji)儀器內(nei)部誤(wu)差(cha)等(deng)參(can)數(shu)，將這些(xie)參(can)數(shu)作為未(wei)知量經過(guo)統(tong)(tong)一(yi)求解得出來，該(gai)方(fang)(fang)法可以通過(guo)增(zeng)加參(can)數(shu)的(de)方(fang)(fang)式(shi)不斷完善誤(wu)差(cha)模型，提(ti)高系統(tong)(tong)誤(wu)差(cha)的(de)校正精(jing)(jing)度(du)，檢(jian)校激光雷達系統(tong)(tong)的(de)范圍比較廣泛，且對目(mu)標(biao)(biao)(biao)物體(ti)的(de)布設精(jing)(jing)度(du)沒有十(shi)分高的(de)要求。本發明就(jiu)屬于(yu)一(yi)種(zhong)系統(tong)(tong)自(zi)檢(jian)校方(fang)(fang)法。

根據現有專利(li)局提(ti)供的專利(li)查閱(yue)，地面(mian)(mian)激(ji)光(guang)雷達(da)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)的自檢(jian)校(xiao)方法(fa)(fa)主(zhu)要分(fen)為以下兩類：第一類方法(fa)(fa)采用公共(gong)標(biao)(biao)(biao)(biao)志點(dian)得(de)到(dao)待(dai)校(xiao)準(zhun)(zhun)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)與高(gao)精度掃(sao)描儀之間的坐標(biao)(biao)(biao)(biao)旋轉、平移量(liang)，直(zhi)接(jie)以待(dai)校(xiao)準(zhun)(zhun)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)測(ce)(ce)(ce)量(liang)值與標(biao)(biao)(biao)(biao)準(zhun)(zhun)測(ce)(ce)(ce)量(liang)值之差(cha)(cha)作為系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)空(kong)間坐標(biao)(biao)(biao)(biao)測(ce)(ce)(ce)量(liang)誤(wu)(wu)差(cha)(cha)。該類方法(fa)(fa)針對所有空(kong)間三維坐標(biao)(biao)(biao)(biao)測(ce)(ce)(ce)量(liang)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)，得(de)到(dao)空(kong)間坐標(biao)(biao)(biao)(biao)測(ce)(ce)(ce)量(liang)相對誤(wu)(wu)差(cha)(cha)，其缺點(dian)是(shi)僅在三維點(dian)云層面(mian)(mian)評(ping)估和(he)校(xiao)正(zheng)誤(wu)(wu)差(cha)(cha)，未構建(jian)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)誤(wu)(wu)差(cha)(cha)模(mo)(mo)型(xing)，且需要大(da)(da)量(liang)樣本(ben)數據才能實(shi)現精確(que)校(xiao)正(zheng)；上述(shu)專利(li)包括在中(zhong)國專利(li)200810147441.9中(zhong)公開的“一種(zhong)電子經緯儀空(kong)間坐標(biao)(biao)(biao)(biao)測(ce)(ce)(ce)量(liang)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)的校(xiao)準(zhun)(zhun)方法(fa)(fa)”。第二類方法(fa)(fa)采用統(tong)(tong)(tong)(tong)計(ji)學方法(fa)(fa)對系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)測(ce)(ce)(ce)距(ju)誤(wu)(wu)差(cha)(cha)和(he)測(ce)(ce)(ce)角誤(wu)(wu)差(cha)(cha)的概(gai)率密(mi)度分(fen)布進(jin)行分(fen)析，得(de)到(dao)三維坐標(biao)(biao)(biao)(biao)系(xi)(xi)中(zhong)的誤(wu)(wu)差(cha)(cha)修(xiu)正(zheng)樣本(ben)。該類方法(fa)(fa)針對所有三維坐標(biao)(biao)(biao)(biao)測(ce)(ce)(ce)量(liang)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)，得(de)到(dao)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)誤(wu)(wu)差(cha)(cha)修(xiu)正(zheng)模(mo)(mo)型(xing)，其缺點(dian)是(shi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)誤(wu)(wu)差(cha)(cha)模(mo)(mo)型(xing)參數沒有物理意義，并未針對系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)本(ben)身掃(sao)描方式從(cong)誤(wu)(wu)差(cha)(cha)源的角度進(jin)行理論分(fen)析，因此(ci)依(yi)賴大(da)(da)樣本(ben)數據才能實(shi)現精確(que)校(xiao)正(zheng)；上述(shu)專利(li)包括在中(zhong)國專利(li)201710014687.8中(zhong)公開的“一種(zhong)遠距(ju)離掃(sao)描激(ji)光(guang)雷達(da)測(ce)(ce)(ce)量(liang)誤(wu)(wu)差(cha)(cha)的修(xiu)正(zheng)方法(fa)(fa)”。

本(ben)發明與現(xian)有系(xi)統自檢校方法專利(li)的(de)(de)主(zhu)要(yao)區別在于(yu)：提出(chu)了一種針對系(xi)統本(ben)身掃(sao)描方式(shi)從誤(wu)差源的(de)(de)角度進行(xing)理論(lun)分析(xi)、利(li)用少量目標(biao)點(dian)實現(xian)自制(zhi)地(di)基(ji)激光雷(lei)達(da)鉛垂度誤(wu)差點(dian)云(yun)誤(wu)差校正的(de)(de)方法，適用于(yu)所有采用45°轉鏡(jing)配合云(yun)臺(tai)轉動掃(sao)描方式(shi)的(de)(de)三維(wei)掃(sao)描系(xi)統。本(ben)發明在激光雷(lei)達(da)測量技術(shu)領域具(ju)有廣闊的(de)(de)應用前景。

技術實現要素：

本發明公開一種基于自制地基激光雷達鉛垂度誤差的點云誤差校正方法，其特征在于，該方法針對自制激光雷達三維成像系統中45°轉鏡配合云臺轉動的掃描方式，其中所述自制激光雷達三維成像系統包括光學系統、掃描機構(電機、45°轉鏡)、云臺；入射光經所述光學系統出射到所述45°轉鏡中心(o點)，伴隨所述掃描機構垂直旋轉、所述云臺水平旋轉從所述自制激光雷達三維成像系統中出射；所述自制激光雷達三維成像系統的理想坐標系(o-xyz)包括俯仰軸(x軸)、初始出射光線方向(y軸)和方位軸(z軸)；所述自制激光雷達三維成像系統的實際坐標系(o-x’y’z’)在所述理想坐標系(o-xyz)基礎上，實際方位軸(z’軸)與所述z軸之間存在夾角α，即所述實際方位軸(z’軸)不鉛垂，且所述實際方位軸(z’軸)在xoy平面上的投影與所述x軸之間存在夾角θ，由于實際俯仰軸與所述實際方位軸互相垂直，因此x’軸為所述實際俯仰軸，根據右手坐標法則建立y’軸；所述鉛垂度誤差定義為：①所述實際方位軸(z’軸)與所述z軸之間的夾角α；②所述實際方位軸(z’軸)在所述xoy平面上的投影與所述x軸之間的夾角θ，從x軸正半軸起算，逆時針方向為正，范圍為0°至360°；目標上一點p在所述理想坐標系(o-xyz)中一維距離l定義為的長度，方位角定義為在所述xoy平面的投影與x軸的夾角，從x軸正半軸起算，逆時針方向為正，范圍為0°至360°，俯仰角定義為90°與和z軸之間夾角的差，所述一維距離l、所述方位角和所述俯仰角的測量誤差分別為測距誤差δl、方位角誤差和俯仰角誤差通過理論分析所述鉛垂度誤差(α、θ)對所述自制激光雷達三維成像系統測角誤差(方位角誤差俯仰角誤差)的影響，建立所述自制激光雷達三維成像系統的測角誤差模型；所述目標的點云定義為目標上一點的直角坐標(x,y,z)^t，目標的點云誤差定義為所述目標點云的坐標測量值與真實值的偏差(δx,δy,δz)^t，根據所述目標的點云誤差(δx,δy,δz)^t與所述目標測角誤差(方位角誤差俯仰角誤差)之(zhi)間的(de)誤(wu)差傳遞原則，建立所述自制激光雷(lei)達三維成像(xiang)系(xi)統的(de)點云誤(wu)差模型如下：

得(de)到所(suo)述自制激(ji)光雷達(da)三(san)維成像(xiang)系統對(dui)所(suo)述鉛垂度誤差(α、θ)校正后的所(suo)述目標(biao)點云坐標(biao)為：

(x+δx,y+δy,z+δz)^t

從(cong)而實現對所(suo)述自制激光雷達三(san)維成像系統鉛垂度誤差(α、θ)的點云誤差校正；

所述(shu)方法主要包括以(yi)下七(qi)步：

1)建立所述自制激光雷達三維成像系統理想坐標系(o-xyz)，由于實際方位軸(z’軸)不鉛垂，即所述實際方位軸(z’軸)與所述理想方位軸(z軸)之間存在夾角α，所述實際方位軸(z’軸)在所述xoy平面上的投影與所述理想俯仰軸(x軸)之間存在夾角θ，從x軸正半軸起算，逆時針方向為正，范圍為0°至360°，且所述實際俯仰軸與所述實際方位軸(z’軸)互相垂直，因此x’軸定義為所述實際俯仰軸，根據右手坐標法則建立y’軸，為所述自制激光雷達三維成像系統實際坐標系(o-x’y’z’)；所述目標上任意一點p在所述理想坐標系(o-xyz)中的測量值為方位角俯仰角所述目標上任意一點p在所述理想坐標系(o-xyz)中的真實值為方位角俯仰角所述和差值為方位角誤差所述和差值為俯仰角誤差

2)建立由所述鉛垂度誤差(α、θ)引起的所述自制激光雷達三維成像系統測角誤差模型；該模型分別描述了所述測角誤差(方位角誤差俯仰角誤差)和所述鉛垂度誤差(α、θ)以及所述目標的方位角俯仰角之間的數學關系，如下(xia)所示(shi)：

3)基于(yu)對(dui)所(suo)述鉛垂度誤差(cha)(α、θ)的三角(jiao)函數值進行(xing)近似變換，化簡所(suo)述自制激光雷(lei)達三維成像系統測(ce)角(jiao)誤差(cha)模(mo)型，如(ru)下所(suo)示：

4)根據誤差傳遞原則，建立所述自制激光雷達三維成像系統的點云誤差(δx,δy,δz)^t與所述測距誤差δl、所述測角誤差(方位角誤差俯仰角誤差)之間的映射關系，如下所示：

其中，l為所(suo)述目標上(shang)(shang)任意一(yi)點在所(suo)述自制激光雷達三(san)維(wei)(wei)成像系(xi)統理想坐標系(xi)(o-xyz)中的一(yi)維(wei)(wei)距離，δl為所(suo)述目標上(shang)(shang)任意一(yi)點一(yi)維(wei)(wei)距離l的測(ce)量誤差；

5)將所述自制激(ji)光雷達三維成(cheng)像系統(tong)測角(jiao)誤差模(mo)型(xing)轉化到直角(jiao)坐標系下，得到所述自制激(ji)光雷達三維成(cheng)像系統(tong)的點云誤差模(mo)型(xing)如下：

6)利用所述自制激光雷達三維成像系統對n個所述目標進行掃描，得到所述目標在所述自制激光雷達三維成像系統中的坐標(xi,yi,zi)^t，(i＝1,2,…,n)，作為測量值；利用高精度三維掃描儀對所述目標進行二次掃描，得到所述目標在所述高精度三維掃描儀中的坐標(x′i,y′i,z′i)^t，(i＝1,2,…,n)，將其轉化到所述自制激光雷達三維成像系統下，作為真實值；所述測量值與所述真實值之差為所述自制激光雷達三維成像系統的點云誤差(δxi,δyi,δzi)^t，(i＝1,2,…,n)；根據球坐標系與直角坐標系之間的映射關系，由所述測量值得到所述目標的一維距離li、方位角和俯仰角所述目標的測(ce)距誤差δli在所述一維距離li處于(yu)一定范(fan)圍內時視(shi)為一個已知常數(shu)；

7)求解所述自制激光雷達三維成像系統點云誤差模型中的模型參數，即所述鉛垂度誤差(α、θ)，對所述自制激光雷達三維成像系統鉛垂度誤差(α、θ)的點云誤差進行校正；將所述自制激光雷達三維成像系統的點云誤差(δxi,δyi,δzi)^t，(i＝1,2,…,n)、所述目標的一維距離li、方位角俯仰角和測距誤差δli代入所述公式(4)中，得到3*n個非線性方程，通過求解所述非線性方程確定所述自制激光雷達三維成像系統點云誤差模型中的所述鉛垂度誤差(α、θ)；將所述鉛垂度誤差(α、θ)代入式(4)，在所述自制激光雷達三維成像系統的所述目標點云坐標(x,y,z)^t基礎上，得到所述自制激光雷達三維成像系統校正后的所述目標點云坐標(x+δx,y+δy,z+δz)^t。

其中(zhong)，建立所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)自制激光(guang)(guang)雷達三維(wei)成像系統(tong)理(li)想坐標系(o-xyz)；所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)自制激光(guang)(guang)雷達三維(wei)成像系統(tong)的(de)(de)(de)(de)俯仰(yang)軸(zhou)定義(yi)(yi)為(wei)所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)45°轉(zhuan)(zhuan)鏡的(de)(de)(de)(de)電機(ji)轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)，方位軸(zhou)定義(yi)(yi)為(wei)所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)云臺(tai)的(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)軸(zhou)；理(li)想情況(kuang)下，所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)方位軸(zhou)與鉛(qian)垂軸(zhou)重(zhong)合；所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)45°轉(zhuan)(zhuan)鏡的(de)(de)(de)(de)反射(she)(she)(she)面中(zhong)心(xin)，即所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)入射(she)(she)(she)光(guang)(guang)入射(she)(she)(she)到所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)反射(she)(she)(she)面上的(de)(de)(de)(de)交點為(wei)坐標原點o；與所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)俯仰(yang)軸(zhou)重(zhong)合，正方向(xiang)(xiang)與所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)入射(she)(she)(she)光(guang)(guang)入射(she)(she)(she)到所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)45°轉(zhuan)(zhuan)鏡上的(de)(de)(de)(de)方向(xiang)(xiang)相(xiang)同的(de)(de)(de)(de)坐標軸(zhou)定義(yi)(yi)為(wei)x軸(zhou)；與所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)入射(she)(she)(she)光(guang)(guang)初始(shi)出射(she)(she)(she)方向(xiang)(xiang)相(xiang)同的(de)(de)(de)(de)坐標軸(zhou)定義(yi)(yi)為(wei)y軸(zhou)；與所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)方位軸(zhou)重(zhong)合，正方向(xiang)(xiang)豎直向(xiang)(xiang)上的(de)(de)(de)(de)坐標軸(zhou)定義(yi)(yi)為(wei)z軸(zhou)。

其中，建立由所述(shu)(shu)(shu)鉛垂(chui)度誤(wu)(wu)差(cha)(α、θ)引起的所述(shu)(shu)(shu)自制激光雷達三(san)維成(cheng)像系(xi)統測(ce)角誤(wu)(wu)差(cha)模型(xing)并化簡；由于所述(shu)(shu)(shu)實際(ji)方位(wei)(wei)(wei)軸(zhou)(z’軸(zhou))不鉛垂(chui)，即所述(shu)(shu)(shu)實際(ji)方位(wei)(wei)(wei)軸(zhou)(z’軸(zhou))與所述(shu)(shu)(shu)理(li)想方位(wei)(wei)(wei)軸(zhou)(z軸(zhou))之間存(cun)在夾(jia)(jia)角α，所述(shu)(shu)(shu)實際(ji)方位(wei)(wei)(wei)軸(zhou)(z’軸(zhou))在所述(shu)(shu)(shu)xoy平面上(shang)的投影(ying)與所述(shu)(shu)(shu)理(li)想俯仰軸(zhou)(x軸(zhou))之間存(cun)在夾(jia)(jia)角θ，從x軸(zhou)正半軸(zhou)起算，逆時(shi)針方向為正，范(fan)圍為0°至360°；所述(shu)(shu)(shu)自制激光雷達三(san)維成(cheng)像系(xi)統測(ce)角誤(wu)(wu)差(cha)模型(xing)的建立過程(cheng)如下：

初始所述45°轉鏡(jing)法線單位矢量(所述o-x’y’z’坐標(biao)系(xi)下)為(wei)：

理想情況下(xia)(xia)出射光線經(jing)過所(suo)(suo)述目標上一點p，此時所(suo)(suo)述45°轉鏡(jing)法線矢(shi)量(所(suo)(suo)述o-x’y’z’坐(zuo)標系下(xia)(xia))為：

式(6)中為所述目標上一點p的所述俯仰角測量值，為所述目標上一點p的所述方位角測量值，分別為繞所述x’軸逆時針旋轉所述角、繞所述z’軸逆時針旋轉所述角(jiao)的旋(xuan)(xuan)轉矩(ju)陣(zhen)，所述旋(xuan)(xuan)轉矩(ju)陣(zhen)如(ru)下(xia)：

將式(5)和式(7)代入式(6)，可(ke)得(de)所述o-x’y’z’坐標系下(xia)所述45°轉(zhuan)鏡的法線矢量如下(xia)：

在o-x’y’z’坐標系下，初始所述入射光矢量為經所述云臺轉動后變為由光反射定律的矢量形式為求得出射光矢量為

將所述出射光矢量轉換到o-xyz坐標系下為根據球坐標與直角坐標之間的轉換關系，如下式(9)，可求得所述方位角與所述俯仰角的真實值

根據三角函數近似原則，所述方位角誤差與所述俯仰角誤差可以近似成(cheng)如下形式(shi)：

得到的所述自制激光雷達三維成像系統測角誤差模型包括所述方位角誤差與俯仰角誤差描述了所述測角誤差(方位角誤差俯仰角誤差)和所述鉛垂度誤差(α、θ)以及所述方位角所述俯仰角之間的數學關系；

根(gen)據三角(jiao)函數近似原則sinα＝α，cosα＝1，并合理(li)省略部分α的高次項(xiang)，得(de)到化簡后(hou)所述自(zi)制激光雷達(da)三維成像系(xi)統測角(jiao)誤(wu)差(cha)模型如下：

其中，所述自制激光雷達三維成像系統球坐標系中的測角誤差模型轉換至所述自制激光雷達三維成像系統直角坐標系中的點云誤差模型；所述自制激光雷達三維成像系統掃描后可以直接得到所述目標上一點p的所述一維距離l、所述方位角與所述俯仰角的測量值，根據式(9)轉換至所述自制激光雷達三維成像系統直角坐標系下得到所述目標上一點p的空間三維坐標(x,y,z)^t；

由于存在所述測距誤差δl和所述測角誤差(方位角誤差俯仰角誤差)，所述目標上一點p的坐標測量值為p'(x+δx,y+δy,z+δz)，其中(δx,δy,δz)^t為所述目(mu)標(biao)的(de)點云(yun)誤差，根(gen)據誤差傳遞公式，得所述自制激光雷達三(san)維成像系(xi)統點云(yun)誤差模型(xing)如下：

其中，所述目標在所述高精度三維掃描儀中的坐標轉換至所述自制激光雷達三維成像系統中；所述自制激光雷達三維成像系統點云誤差模型中的所述鉛垂度誤差(α、θ)未知且不易測量，因此利用所述自制激光雷達三維成像系統與所述高精度三維掃描儀中的點云坐標數據求解所述鉛垂度誤差(α、θ)實現點云誤差校正；利用所述自制激光雷達三維成像系統對n個所述目標進行掃描，得到全部所述目標上一點在所述自制激光雷達三維成像系統坐標系下的坐標(xi,yi,zi)^t,(i＝1,2,…,n)，作為測量值；將所述測量值代入式(9)，得到全部所述目標的一維距離li、俯仰角和方位角利用所述高精度三維掃描儀對相同所述目標進行掃描，得到所述目標上一點在所述高精度三維掃描儀坐標系下的坐標(x′i,y′i,z′i)^t,(i＝1,2,…,n)；由于所述(xi,yi,zi)^t與所述(x′i,y′i,z′i)^t處于不同的坐標系下，因此將所述(x′i,y′i,z′i)^t轉(zhuan)換(huan)至(zhi)所(suo)(suo)述(shu)自制激光雷達(da)(da)三維成像(xiang)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)坐標(biao)系(xi)(xi)(xi)下，作(zuo)為(wei)真實(shi)值；所(suo)(suo)述(shu)高(gao)精度三維掃描儀到所(suo)(suo)述(shu)自制激光雷達(da)(da)三維成像(xiang)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)旋轉(zhuan)矩陣r和平移矢(shi)量(liang)t表示如下：

式(13)與(14)中a、b、c分別是繞所述高精度三維掃描儀坐標系各軸逆時針旋轉的角度，x0、y0、z0分別是所述x、y、z三個方向上的位移，所述(x′i,y′i,z′i)^t在所述(shu)自制激光(guang)雷(lei)達三維成像系統(tong)中的坐標如下(xia)：

其(qi)中(zhong)，求解所述(shu)自制(zhi)激(ji)光(guang)雷(lei)達三維成像(xiang)系(xi)統(tong)點(dian)云誤差(cha)模型(xing)中(zhong)的模型(xing)參數，即所述(shu)鉛垂(chui)度誤差(cha)(α、θ)；所述(shu)自制(zhi)激(ji)光(guang)雷(lei)達三維成像(xiang)系(xi)統(tong)點(dian)云誤差(cha)模型(xing)可寫作(zuo)如下形式：

所述測距誤差δli主要受所述自制激光雷達三維成像系統中測距電路影響，在所述一維距離li處于一定范圍內時為一個已知常數；將所述(xi,yi,zi)^t、所述(x′i,y′i,z′i)^t、所述一維距離li、所述方位角和所述俯仰角代(dai)入式(15)與(yu)式(16)，基于最小二(er)乘法求(qiu)解3*n個(ge)非線性方程，可以確(que)定所述旋轉(zhuan)矩陣r和(he)所述平移矢(shi)量t(a，b，c,x0,y0,z0)與(yu)所述鉛(qian)垂度誤差(cha)(α、θ)共8個(ge)未知量。

其中，利用求解所得的所述鉛垂度誤差(α、θ)完善所述自制激光雷達三維成像系統的點云誤差模型，實現對所述自制激光雷達三維成像系統鉛垂度誤差的點云誤差校正；將所述鉛垂度誤差(α、θ)代入式(11)和式(12)，得到所述自制激光雷達三維成像系統的點云誤差(δx,δy,δz)^t，在所述自制激光雷達三維成像系統的所述目標點云坐標(x,y,z)^t基礎上，得到所述自制激光雷達三維成像系統對所述鉛垂度誤差(α、θ)校正后的所述目標點云坐標(x+δx,y+δy,z+δz)^t。

其中，用于(yu)所(suo)述自制激(ji)光雷達三維成像系統鉛垂度誤差點云(yun)誤差校(xiao)正(zheng)的所(suo)述目標(biao)(biao)包含(han)但不(bu)限于(yu)標(biao)(biao)靶球、平面反(fan)光標(biao)(biao)靶等所(suo)有可(ke)獲(huo)得(de)所(suo)述目標(biao)(biao)上一點空間坐標(biao)(biao)的物體。

附圖說明

圖(tu)1是(shi)自(zi)制激光雷達(da)三維成像(xiang)系(xi)統(tong)對目標(biao)掃描的空間示意圖(tu)；

圖2是自(zi)制地基激光(guang)雷達鉛垂度誤差的點云誤差校正(zheng)流程示意圖；

圖(tu)3是(shi)自制系(xi)統坐標系(xi)下方位軸的鉛垂度誤差示意圖(tu)；

圖4是自制系統全量程掃描過程中測角誤差變化的(de)仿真結果；

圖5是自制系統測角誤差模型化簡(jian)前(qian)后(hou)測角誤差仿真的(de)對比結果(guo)；

圖6是自制(zhi)系統點云誤差模型中參(can)數確(que)立的流程示(shi)意圖；

圖7是自制系統點(dian)云誤差模(mo)型中參數確立(li)的(de)掃(sao)描(miao)方(fang)案示意圖；

具體實施方式

以下結合附圖對(dui)本發明專利(li)的(de)具(ju)體實施方式作進一(yi)(yi)步(bu)詳細描(miao)述。基于自(zi)(zi)(zi)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)地基激(ji)(ji)光(guang)(guang)雷(lei)達(da)(da)鉛垂(chui)度(du)誤(wu)(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)的(de)點(dian)(dian)云誤(wu)(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)校正方法流程示(shi)意圖如圖2所示(shi)，先建(jian)立自(zi)(zi)(zi)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)激(ji)(ji)光(guang)(guang)雷(lei)達(da)(da)三(san)(san)維(wei)成(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(713)理(li)想坐標(biao)系(xi)(xi)(xi)o-xyz，由(you)于實際(ji)情況下自(zi)(zi)(zi)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)中實際(ji)方位軸z’軸(206)存在鉛垂(chui)度(du)誤(wu)(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)(α、θ)(301、302)，在自(zi)(zi)(zi)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)激(ji)(ji)光(guang)(guang)雷(lei)達(da)(da)三(san)(san)維(wei)成(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(713)坐標(biao)系(xi)(xi)(xi)下理(li)論(lun)推導出鉛垂(chui)度(du)誤(wu)(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)(α、θ)(301、302)對(dui)于自(zi)(zi)(zi)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)激(ji)(ji)光(guang)(guang)雷(lei)達(da)(da)三(san)(san)維(wei)成(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(713)測(ce)(ce)角(jiao)誤(wu)(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)的(de)影響(xiang)，得(de)到自(zi)(zi)(zi)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)激(ji)(ji)光(guang)(guang)雷(lei)達(da)(da)三(san)(san)維(wei)成(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(713)測(ce)(ce)角(jiao)誤(wu)(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)模(mo)(mo)(mo)型(xing)。根(gen)據(ju)三(san)(san)角(jiao)函數(shu)(shu)近似原則，對(dui)自(zi)(zi)(zi)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)激(ji)(ji)光(guang)(guang)雷(lei)達(da)(da)三(san)(san)維(wei)成(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(713)測(ce)(ce)角(jiao)誤(wu)(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)模(mo)(mo)(mo)型(xing)進行化(hua)簡。根(gen)據(ju)誤(wu)(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)傳遞原則，將自(zi)(zi)(zi)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)激(ji)(ji)光(guang)(guang)雷(lei)達(da)(da)三(san)(san)維(wei)成(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(713)測(ce)(ce)角(jiao)誤(wu)(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)模(mo)(mo)(mo)型(xing)轉(zhuan)化(hua)到直角(jiao)坐標(biao)系(xi)(xi)(xi)下，得(de)到自(zi)(zi)(zi)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)激(ji)(ji)光(guang)(guang)雷(lei)達(da)(da)三(san)(san)維(wei)成(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(713)點(dian)(dian)云誤(wu)(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)模(mo)(mo)(mo)型(xing)。利(li)用(yong)自(zi)(zi)(zi)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)激(ji)(ji)光(guang)(guang)雷(lei)達(da)(da)三(san)(san)維(wei)成(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(713)與高精度(du)三(san)(san)維(wei)掃描(miao)儀(714)對(dui)相同標(biao)靶(ba)球(qiu)(701-712)進行掃描(miao)，分別得(de)到兩組(zu)目標(biao)點(dian)(dian)云數(shu)(shu)據(ju)，在實現(xian)坐標(biao)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)一(yi)(yi)后(hou)將數(shu)(shu)據(ju)代入(ru)自(zi)(zi)(zi)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)激(ji)(ji)光(guang)(guang)雷(lei)達(da)(da)三(san)(san)維(wei)成(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(713)點(dian)(dian)云誤(wu)(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)(說明書表達(da)(da)式(15)與(16))中，求解模(mo)(mo)(mo)型(xing)參數(shu)(shu)，即鉛垂(chui)度(du)誤(wu)(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)(α、θ)(301、302)，并利(li)用(yong)此結果實現(xian)自(zi)(zi)(zi)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)激(ji)(ji)光(guang)(guang)雷(lei)達(da)(da)三(san)(san)維(wei)成(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(713)點(dian)(dian)云的(de)誤(wu)(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)校正。故(gu)具(ju)體的(de)實施方案(an)可以分為四(si)步(bu)：自(zi)(zi)(zi)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)激(ji)(ji)光(guang)(guang)雷(lei)達(da)(da)三(san)(san)維(wei)成(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)測(ce)(ce)角(jiao)誤(wu)(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)模(mo)(mo)(mo)型(xing)的(de)建(jian)立、自(zi)(zi)(zi)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)激(ji)(ji)光(guang)(guang)雷(lei)達(da)(da)三(san)(san)維(wei)成(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)測(ce)(ce)角(jiao)誤(wu)(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)模(mo)(mo)(mo)型(xing)的(de)化(hua)簡、自(zi)(zi)(zi)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)激(ji)(ji)光(guang)(guang)雷(lei)達(da)(da)三(san)(san)維(wei)成(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)(xiang)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)點(dian)(dian)云誤(wu)(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)模(mo)(mo)(mo)型(xing)的(de)建(jian)立和模(mo)(mo)(mo)型(xing)的(de)參數(shu)(shu)求解與校正。

(1)自(zi)制激光雷(lei)達三(san)維(wei)成像系統(tong)測角誤差模型(xing)的建立

自制激光(guang)(guang)雷達(da)三(san)維(wei)成像系(xi)(xi)統(713)對目標(106)掃描(miao)的(de)空(kong)間示意圖如圖1所示，自制激光(guang)(guang)雷達(da)三(san)維(wei)成像系(xi)(xi)統(713)進行掃描(miao)時，入射光(guang)(guang)(105)經過光(guang)(guang)學系(xi)(xi)統(101)后入射至45°轉(zhuan)鏡(103)中心o點，該點作為(wei)坐標原(yuan)點。電機(102)控(kong)制45°轉(zhuan)鏡(103)垂(chui)直旋轉(zhuan)，電機(102)轉(zhuan)軸(zhou)(zhou)(zhou)即為(wei)俯仰軸(zhou)(zhou)(zhou)，與x軸(zhou)(zhou)(zhou)(201)重(zhong)合，x軸(zhou)(zhou)(zhou)(201)正方向(xiang)與入射光(guang)(guang)(105)入射方向(xiang)相同(tong)。同(tong)時云臺(104)繞鉛垂(chui)軸(zhou)(zhou)(zhou)水平旋轉(zhuan)，z軸(zhou)(zhou)(zhou)(203)與鉛垂(chui)軸(zhou)(zhou)(zhou)重(zhong)合，且正方向(xiang)豎(shu)直向(xiang)上。建立右手坐標系(xi)(xi)，認(ren)為(wei)初(chu)始激光(guang)(guang)出射方向(xiang)為(wei)y軸(zhou)(zhou)(zhou)(202)正方向(xiang)，實(shi)現對三(san)維(wei)空(kong)間的(de)掃描(miao)。

自制激光雷達三維成像系統(713)坐標系下方位軸鉛垂度誤差(301、302)存在的示意圖如圖1和圖3所示，實際情況下實際方位軸(z’軸)(206)與z軸(203)之間存在夾角α(301)，即所述實際方位軸(z’軸)(206)不鉛垂，且所述實際方位軸(z’軸)(206)在xoy平面上的投影與所述x軸(201)之間存在夾角θ(302)，從x軸正半軸起算，逆時針方向為正，范圍為0°至360°，建立了自制激光雷達三維成像系統(713)的實際坐標系o-x’y’z’。目標物體(106)是一個標靶球，標靶球上任意一點為p點(107)，認為出射光線在空間中經過p點(107)，此時出射激光的方位角(303)和俯仰角(304)分別測量為和o-x’y’z’坐標(biao)系下(xia)45°轉(zhuan)鏡(jing)(103)的法(fa)線矢(shi)量如下(xia)：

o-x’y’z’坐標系下入射光(105)矢量為由反射定律的矢量形式可以得到出射光矢量

將出射光矢量轉換到o-xyz坐標系下為根據球坐標與直角坐標之間的轉換關系，如式(9)，可求得方位角(303)與俯仰角(304)的真實值根據三角函數近似原則，方位角誤差與俯仰角誤差可(ke)以(yi)近似成如(ru)下形式：

最終建立的自制激光雷達三維成像系統(713)測角誤差模型包括方位角誤差與俯仰角誤差誤差模型結果如下：

因此自制激光雷達三維成像系統(713)測角誤差(方位角誤差俯仰角誤差)受鉛垂度誤差(α、θ)(301、302)以及方位角(303)、俯仰角(304)影響。假設自制激光雷達三維成像系統(713)鉛垂度誤差(301、302)參量為α＝5"，θ＝80°，垂直掃描范圍為水平掃描范圍為自制激光雷達三維成像系統(713)全量程掃描過程中測角誤差(方位角誤差俯仰角誤差)變化的仿真結果如圖4所示。結果表明：方位角誤差在水平與垂直掃描過程中均發生變化，在或2π、(303、304)處取得最大值，數量級為10-¹；俯仰角誤差在垂直掃描過程中不變，在水平掃描過程中近似呈正弦變化，在或(303)處取得最大值，數量級為10-⁵。該仿真結果可(ke)以直觀(guan)地(di)顯示自(zi)制激光雷(lei)達三維成(cheng)像系統(713)中存在一(yi)定(ding)鉛垂(chui)度(du)誤(wu)差(α、θ)(301、302)時，整個(ge)掃描過程中測角誤(wu)差的變(bian)化(hua)情(qing)況。

(2)自(zi)制激光雷(lei)達(da)三維成像(xiang)系統測角誤差模型的化簡

上(shang)述自(zi)制(zhi)激光雷達三維成像系(xi)統(713)測角誤差(cha)模型較(jiao)為復雜，需(xu)要進行合理簡化。根據三角函數(shu)近似原則sinα＝α，cosα＝1，并且合理省略(lve)部分(fen)α的(de)高次項，得到化簡后的(de)自(zi)制(zhi)激光雷達三維成像系(xi)統(713)測角誤差(cha)模型如下：

假設鉛垂度誤差(301、302)參量為α＝5"，θ＝80°，垂直掃描范圍為水平掃描范圍為比較化簡前后的模型，自制激光雷達三維成像系統(713)測角誤差模型化簡前后仿真的對比結果如圖5所示。結果表明：化簡前后方位角誤差與俯仰角誤差隨掃描過程測量值變化相(xiang)同，模型(xing)化簡過程正確，將化簡后的模型(xing)作為(wei)自(zi)制激光雷達三維成(cheng)像系(xi)統(713)的測角誤差模型(xing)。

(3)自制激光雷(lei)達三維成像系統點云誤差模型的建(jian)立

自制激光雷達三維成像系統(713)最終得到并顯示的是目標標靶球(106)的點云數據，數據格式為直角坐標系下目標點(107)空間三維坐標(x,y,z)^t(306)，坐標轉換的關系如式(9)，其中l是目標點的一維距離(305)的測量值，是目標方位角(303)的測量值，是俯仰角(304)的測量值。

由誤差(cha)(cha)傳遞(di)公式，得(de)到自制激光雷達(da)三維(wei)成像系統(713)點云誤差(cha)(cha)模型如下：

其中δx、δy、δz分別為x、y、z軸(201-203)坐標分量誤差值，δl為系統測距誤差，在一定測距范圍內可視為定值，為系統方位角誤差，為系統(tong)俯仰角誤差，可由上述自(zi)制激光雷達(da)三(san)維成像系統(tong)(713)測(ce)角誤差模型表示。

(4)模型的(de)參數求解與(yu)校正

自制激光雷達三維成像系統(713)點云誤差模型中參數確立的流程示意圖如圖6所示，取n個標靶球(701-712)作為目標，分別用自制激光雷達三維成像系統(713)與高精度三維掃描儀(714)對其進行掃描，可得到每個標靶球(701-712)上多點的點云數據，利用最小二乘法對每個標靶球(701-712)上點云進行空間擬合，分別得到自制激光雷達三維成像系統(713)下的球心坐標(xi,yi,zi)^t,(i＝1,2,…,n)和高精度三維掃描儀(714)下的球心坐標(x′i,y′i,z′i)^t,(i＝1,2,…,n)。將(x′i,y′i,z′i)^t,(i＝1,2,…,n)進(jin)行旋轉(zhuan)和(he)平移轉(zhuan)化到(dao)自(zi)制激(ji)(ji)光雷(lei)達三維成像(xiang)(xiang)系統(713)坐(zuo)標系下，一起代入(ru)自(zi)制激(ji)(ji)光雷(lei)達三維成像(xiang)(xiang)系統(713)點云誤差表達式(shi)(15)和(he)式(shi)(16)中，采用最小二(er)乘法對(dui)模型參數進(jin)行求解，用得到(dao)鉛垂(chui)度誤差(α、θ)(301、302)實(shi)現自(zi)制激(ji)(ji)光雷(lei)達三維成像(xiang)(xiang)系統(713)的點云誤差校正。具體的掃描方案如下：

自制激光雷達三維成像系統(713)點云誤差模型中參數確立的掃描方案示意圖如圖7所示，取n＝12，即準備標靶球12個(701-712)，在室內空曠場地內任意布設，將自制激光雷達三維成像系統(713)置于中心處，使標靶球(701-712)遍布自制激光雷達三維成像系統(713)水平掃描范圍，高低遍布自制激光雷達三維成像系統(713)垂直掃描范圍內，每個標靶球(701-712)與自制激光雷達三維成像系統(713)距離大致相同，此時測距誤差為一個已知的常數。利用自制激光雷達三維成像系統(713)對所有標靶球(701-712)進行掃描，經過球心擬合后得到全部標靶球(701-712)球心坐標(xi,yi,zi)^t,(i＝1,2,…,12)，作為測量值，并求得每個標靶球(701-712)球心的一維距離li(305)、俯仰角(304)和方位角(303)。利用高精度三維掃描儀(714)進行二次掃描，得到所有標靶球(701-712)球心坐標(x′i,y′i,z′i)^t,(i＝1,2,…,12)，通(tong)過旋(xuan)轉(zhuan)和平移將其轉(zhuan)化(hua)到自制激光(guang)雷達三維成像系統(713)坐標系下，作為真實值，旋(xuan)轉(zhuan)矩陣r和平移矢(shi)量t如下：

式(shi)中a、b、c分(fen)別是(shi)繞高(gao)精度三維掃描(miao)儀(714)坐標(biao)系(xi)各(ge)軸(zhou)逆時針旋轉的角度，x0、y0、z0分(fen)別是(shi)x、y、z(201-203)三個方(fang)向(xiang)上的位移，自制激光(guang)雷達三維成像系(xi)統(713)點云(yun)誤差模(mo)型可寫作如下形式(shi)：

上述模型中有a,b,c,x0,y0,z0,α,θ共8個未知參數，將其中4個標靶球(701、704、707、710)的球心坐標代入式(19)，可得到12個非線性方程。首先假設不存在鉛垂度誤差(α、θ)(301、302)，即式(19)等號右側為0，代入標靶球(701、704、707、710)球心坐標數據，采用最小二乘法解非線性方程組可以求得a,b,c,x0,y0,z0的初始值，默認鉛垂度誤差(α、θ)(301、302)初始值為0。初始值確定后，采用最小二乘法求解8個未知參數，將鉛垂度誤差(α、θ)(301、302)代入式(11)和式(12)，得到系統點云誤差(δx,δy,δz)^t，利用剩余8個標靶球(702、703、705、706、708、709、711和712)球心的坐標數據對模型進行檢驗，不斷修正模型，最終得到的模型可以實現自制激光雷達三維成像系統(713)鉛垂度誤差(α、θ)(301、302)的點云誤差校正，校正后的目標點云坐標為(x+δx,y+δy,z+δz)^t。

綜上(shang)所述，本發明(ming)提出一(yi)種基于自(zi)(zi)制地基激光(guang)(guang)雷(lei)達(da)鉛(qian)垂度(du)(du)誤(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)的(de)點(dian)(dian)云(yun)(yun)誤(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)校(xiao)正方(fang)法，該方(fang)法主要針對自(zi)(zi)制激光(guang)(guang)雷(lei)達(da)三(san)維成像(xiang)系(xi)統(tong)45°轉(zhuan)(zhuan)鏡配合云(yun)(yun)臺(tai)轉(zhuan)(zhuan)動(dong)的(de)掃描(miao)方(fang)式(shi)，通過計算(suan)方(fang)位軸(zhou)鉛(qian)垂度(du)(du)誤(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)對自(zi)(zi)制激光(guang)(guang)雷(lei)達(da)三(san)維成像(xiang)系(xi)統(tong)測角誤(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)的(de)影響，建立自(zi)(zi)制激光(guang)(guang)雷(lei)達(da)三(san)維成像(xiang)系(xi)統(tong)點(dian)(dian)云(yun)(yun)誤(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)模型，并采用高精度(du)(du)三(san)維掃描(miao)儀的(de)點(dian)(dian)云(yun)(yun)坐(zuo)標作為真實值求(qiu)解(jie)鉛(qian)垂度(du)(du)誤(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)，從(cong)而實現(xian)對自(zi)(zi)制激光(guang)(guang)雷(lei)達(da)三(san)維成像(xiang)系(xi)統(tong)鉛(qian)垂度(du)(du)誤(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)目標點(dian)(dian)云(yun)(yun)的(de)誤(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)校(xiao)正。本發明(ming)是一(yi)種從(cong)自(zi)(zi)制激光(guang)(guang)雷(lei)達(da)三(san)維成像(xiang)系(xi)統(tong)誤(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)源出發的(de)、利用少(shao)量目標點(dian)(dian)即可(ke)實現(xian)的(de)、理論性與邏輯(ji)性較強的(de)系(xi)統(tong)點(dian)(dian)云(yun)(yun)誤(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)校(xiao)正方(fang)法，該方(fang)法適(shi)用于所有采用45°轉(zhuan)(zhuan)鏡配合云(yun)(yun)臺(tai)轉(zhuan)(zhuan)動(dong)掃描(miao)方(fang)式(shi)的(de)三(san)維掃描(miao)系(xi)統(tong)。

以上(shang)所述，僅為本(ben)(ben)(ben)發(fa)明具(ju)體實(shi)施方法的(de)(de)基本(ben)(ben)(ben)方案，但本(ben)(ben)(ben)發(fa)明的(de)(de)保(bao)護范圍(wei)(wei)并不局限于此，任何熟悉本(ben)(ben)(ben)技(ji)術領域的(de)(de)人員在本(ben)(ben)(ben)發(fa)明公(gong)開的(de)(de)技(ji)術范圍(wei)(wei)內(nei)，可想到的(de)(de)變化(hua)或替換，都應涵(han)蓋在本(ben)(ben)(ben)發(fa)明的(de)(de)保(bao)護范圍(wei)(wei)之(zhi)內(nei)。因此，本(ben)(ben)(ben)發(fa)明的(de)(de)保(bao)護范圍(wei)(wei)應該以權利(li)要(yao)求的(de)(de)保(bao)護范圍(wei)(wei)為準。所有落入權利(li)要(yao)求的(de)(de)等(deng)同的(de)(de)含義和范圍(wei)(wei)內(nei)的(de)(de)變化(hua)都將包括在權利(li)要(yao)求的(de)(de)范圍(wei)(wei)之(zhi)內(nei)。