一種多功能實(shí)用型激光雷達(dá)掃描標(biāo)靶的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種多功能實(shí)用型激光雷達(dá)掃描標(biāo)靶，包括：全站儀反射板和三維激光反射面板，三維激光反射面板涂有礦物染料，全站儀反射板與連接柱一端相連，全站儀反射棱鏡其中兩側(cè)和全站儀反射板為活動(dòng)連接，三維激光反射面板中心和全站儀反射棱鏡中心在同一直線上，全站儀反射棱鏡其中一側(cè)和三維激光反射面板進(jìn)行固定連接；連接柱另一端連接標(biāo)靶旋轉(zhuǎn)部一端，一側(cè)與水準(zhǔn)管水準(zhǔn)器連接；標(biāo)靶旋轉(zhuǎn)部另一端通過(guò)軸承連接底座，一側(cè)連接瞄準(zhǔn)鏡；圓水準(zhǔn)器位于底座上。本發(fā)明中三維激光反射面板設(shè)置適合多種型號(hào)的激光掃描儀的反射區(qū)域，圖案材料采用反射強(qiáng)度好的礦物染料。同時(shí)，本發(fā)明將全站儀反射棱鏡和三維激光掃描儀標(biāo)靶結(jié)合，增加數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和轉(zhuǎn)換效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種多功能實(shí)用型激光雷達(dá)掃描標(biāo)祀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種多功能實(shí)用型激光雷達(dá)掃描標(biāo)祀。

【背景技術(shù)】
[0002] 標(biāo)祀在地面H維激光掃描中的主要作用是點(diǎn)云拼接中的連接點(diǎn)和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中的 控制點(diǎn)，標(biāo)祀獲取精度與掃描角度和掃描距離有關(guān)。H維激光掃描技術(shù)又稱為"實(shí)景復(fù)制技 術(shù)"，通過(guò)高速激光掃描測(cè)量，快速獲取被測(cè)對(duì)象表面的H維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，具有快速、實(shí)時(shí)、非 接觸、主動(dòng)等特點(diǎn)，在古建筑保護(hù)、文化遺產(chǎn)保護(hù)、重要建筑物的施工質(zhì)量評(píng)價(jià)、建筑物變形 監(jiān)測(cè)等方面得到了廣泛應(yīng)用。在完成單體建筑物或單個(gè)工程的實(shí)地掃描、點(diǎn)云拼接之后，為 了構(gòu)建實(shí)景漫游等工程產(chǎn)品，往往需要將點(diǎn)云坐標(biāo)和現(xiàn)實(shí)獨(dú)立坐標(biāo)系建立聯(lián)系。為了簡(jiǎn)單 方便、準(zhǔn)確、高效的完成點(diǎn)云坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，發(fā)明設(shè)計(jì)一種多功能實(shí)用型激光雷達(dá)掃描標(biāo)祀，方 便點(diǎn)云的轉(zhuǎn)換。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種多功能實(shí)用型激光雷達(dá)掃描標(biāo)祀。本發(fā)明中H維激光反射 面板設(shè)置適合多種型號(hào)的激光掃描儀的反射區(qū)域，圖案的材料采用較好反射強(qiáng)度的礦物染 料，數(shù)據(jù)獲取效果更佳。同時(shí)，本發(fā)明將全站儀反射棱鏡和H維激光掃描儀標(biāo)祀相結(jié)合，增 加數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和轉(zhuǎn)換效率，且標(biāo)祀水平位置可通過(guò)標(biāo)祀基座旋轉(zhuǎn)部設(shè)有的水平管水準(zhǔn)氣 泡和圓水準(zhǔn)氣泡進(jìn)行調(diào)整，滿足精確對(duì)中的要求，保證數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)確性。
[0004] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：
[0005] -種多功能實(shí)用型激光雷達(dá)掃描標(biāo)祀，包括：
[0006] 全站儀反射板和H維激光反射面板，其中，H維激光反射面板表面涂有礦物染料， 全站儀反射板與連接柱一端相連，全站儀反射棱鏡中也和全站儀反射板中也重合，全站儀 反射棱鏡其中兩側(cè)和全站儀反射板做活動(dòng)連接，H維激光反射面板中也和全站儀反射棱鏡 中也在同一中也線上，全站儀反射棱鏡其中一側(cè)和H維激光反射面板通過(guò)螺旋結(jié)構(gòu)進(jìn)行 固定連接；
[0007] 連接柱另一端連接標(biāo)祀旋轉(zhuǎn)部一端，通過(guò)固定螺旋和凹槽進(jìn)行固定連接，一側(cè)與 水準(zhǔn)管水準(zhǔn)器連接；
[0008] 標(biāo)祀旋轉(zhuǎn)部另一端通過(guò)軸承連接底座，一側(cè)連接有瞄準(zhǔn)鏡，并且在與底座接觸的 平面內(nèi)進(jìn)行自由旋轉(zhuǎn)，調(diào)整上部結(jié)構(gòu)的位置；
[0009] 圓水準(zhǔn)器位于底座上部平面內(nèi)，用于整平標(biāo)祀調(diào)水平位置；
[0010] 其中，全站儀反射板、連接柱、標(biāo)祀旋轉(zhuǎn)部、標(biāo)祀底座的軸線在同一直線上。
[0011] 優(yōu)選的是，所述的多功能實(shí)用型激光雷達(dá)掃描標(biāo)祀中，所述全站儀反射板和H維 激光反射面板為鉛合金材料，H維激光反射面板涂有黑色彩云母，H維激光掃描儀獲取對(duì) 應(yīng)的反射區(qū)域的激光雷達(dá)點(diǎn)云后，利用標(biāo)祀中也點(diǎn)位置提取算法確定標(biāo)祀的中也位置。
[0012] 優(yōu)選的是，所述的多功能實(shí)用型激光雷達(dá)掃描標(biāo)祀中，所述全站儀反射板和H維 激光反射面板設(shè)計(jì)成正方形，其中全站儀反射板，W全站儀反射棱鏡中也為中也，設(shè)計(jì)涂抹 為黑白相間的米字型圖案；H維激光反射面板使用黑色彩云母染料按照H個(gè)圓環(huán)狀圖形進(jìn) 行涂抹設(shè)計(jì)。
[0013] 優(yōu)選的是，所述的多功能實(shí)用型激光雷達(dá)掃描標(biāo)祀中，所述H維激光反射面板上 H個(gè)圓環(huán)狀圖形進(jìn)行涂抹設(shè)計(jì)為中也位圓形，中間為黑色彩云母圓環(huán)，第H個(gè)圓環(huán)相對(duì)于 圓中也的一半使用黑色彩云母涂抹。
[0014] 優(yōu)選的是，所述的多功能實(shí)用型激光雷達(dá)掃描標(biāo)祀中，所述H維激光反射面板適 用不同類(lèi)型的激光掃描儀。
[0015] 優(yōu)選的是，所述的多功能實(shí)用型激光雷達(dá)掃描標(biāo)祀中，所述全站儀反射棱鏡，當(dāng)附 帶H維激光掃描儀時(shí)，在豎直方向上最大旋轉(zhuǎn)角為30度。
[0016] 優(yōu)選的是，所述的多功能實(shí)用型激光雷達(dá)掃描標(biāo)祀中，所述標(biāo)祀底座下部設(shè)有鏈 接螺旋與常規(guī)H腳架連接，實(shí)現(xiàn)標(biāo)祀底座的固定。
[0017] 優(yōu)選的是，所述的多功能實(shí)用型激光雷達(dá)掃描標(biāo)祀中，所述全站儀反射板、連接 柱、標(biāo)祀旋轉(zhuǎn)部、標(biāo)祀底座通過(guò)瞄準(zhǔn)鏡調(diào)節(jié)，豎直方向上，使其軸線在同一條直線上。
[0018] 本發(fā)明中H維激光反射面板分布適合多種型號(hào)的激光掃描儀的反射區(qū)域，圖案 的材料采用較好反射強(qiáng)度的礦物染料進(jìn)行涂抹，數(shù)據(jù)獲取效果更佳。同時(shí)，本發(fā)明將全站儀 反射棱鏡和新型的H維激光掃描儀標(biāo)祀相結(jié)合，增加數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和轉(zhuǎn)換效率，且標(biāo)祀水 平位置可通過(guò)標(biāo)祀基座旋轉(zhuǎn)部設(shè)有的水平管水準(zhǔn)氣泡和圓水準(zhǔn)氣泡進(jìn)行調(diào)整，滿足精確對(duì) 中的要求，保證數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)確性。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為本發(fā)明所述的多功能實(shí)用型激光雷達(dá)掃描標(biāo)祀的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2為一種多功能實(shí)用型激光雷達(dá)掃描標(biāo)祀的全站儀反射板示意圖。
[0021] 圖3為一種多功能實(shí)用型激光雷達(dá)掃描標(biāo)祀的H維激光反射板示意圖。
[0022] 圖4為一種多功能實(shí)用型激光雷達(dá)掃描標(biāo)祀的俯視圖。
[0023] 圖5為一種多功能實(shí)用型激光雷達(dá)掃描標(biāo)祀的側(cè)視圖。 圖6為確定標(biāo)祀圓也坐標(biāo)的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，W令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說(shuō)明書(shū)文 字能夠據(jù)W實(shí)施。
[00巧]如圖1所示為一種多功能實(shí)用型激光雷達(dá)掃描標(biāo)祀的整體結(jié)構(gòu)圖，標(biāo)祀包括底 座、旋轉(zhuǎn)部、瞄準(zhǔn)鏡、水準(zhǔn)管水準(zhǔn)器、圓水準(zhǔn)器、連接柱、面板、全站儀反射棱鏡、H維激光反 射面板等部分。如圖3所示在H維激光掃描儀的反射面板位置分布多種型號(hào)的激光掃描儀 的反射區(qū)域，常規(guī)掃描儀反射區(qū)域，Riegl (瑞格）掃描儀反射區(qū)域，Leica (萊卡）掃描儀反 射區(qū)域，并且反射區(qū)域圖案的材料采用反射強(qiáng)度更好的礦物染料涂抹黑色彩云母在激光波 段分別為400-700nm/905nm/1550皿的Leica (萊卡）系列掃描儀、國(guó)產(chǎn)儀器Stonex系列和 中科天維TW系列掃描儀的測(cè)試中，肉眼識(shí)別效果、激光發(fā)射強(qiáng)度和算法提取中都得到了明 顯的優(yōu)良結(jié)果，所W選擇此染料作為標(biāo)祀的圖案涂抹材料。H維激光測(cè)量反射面板中也為 測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，可直接利用全站儀測(cè)量出目標(biāo)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。
[0026] 如圖4所示標(biāo)祀水平位置可通過(guò)標(biāo)祀基座旋轉(zhuǎn)部設(shè)有的水平管水準(zhǔn)氣泡和圓水 準(zhǔn)氣泡進(jìn)行調(diào)整，滿足精確對(duì)中的要求，全站儀反射板、連接柱、標(biāo)祀旋轉(zhuǎn)部、標(biāo)祀底座通 過(guò)瞄準(zhǔn)鏡調(diào)節(jié)，豎直方向上，使其軸線在同一條直線上。
[0027] 利用全站儀直接對(duì)準(zhǔn)反射標(biāo)祀的棱鏡一面，直接測(cè)量得到標(biāo)祀的中也位置坐標(biāo)。 利用地面H維激光掃描儀掃描標(biāo)祀對(duì)應(yīng)的標(biāo)祀反射面，利用專(zhuān)用算法提取反射標(biāo)祀的邊緣 線和標(biāo)祀中也點(diǎn)，根據(jù)掃描點(diǎn)云求取標(biāo)祀的法線，增加標(biāo)祀中也點(diǎn)的修正參數(shù)，從而得到標(biāo) 祀中也的點(diǎn)云位置，增加點(diǎn)云位置點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云坐標(biāo)和全站儀坐標(biāo)的匹配和轉(zhuǎn)換。
[0028] 地面H維激光掃描儀對(duì)應(yīng)的反射標(biāo)祀中也點(diǎn)位置提?。?br> [0029] 第一種：
[0030] 首先，將掃描獲取的標(biāo)祀的H維激光點(diǎn)云按照中也投影的原理轉(zhuǎn)化為深度圖像， 從而建立H維點(diǎn)云鄰域關(guān)系的索引手段，利用常規(guī)的數(shù)字圖像的處理算法直接提取標(biāo)祀的 相關(guān)特征。
[0031] 假設(shè)坐標(biāo)原點(diǎn)為0,點(diǎn)P (X，y，Z)表示其中一個(gè)任意的掃描點(diǎn)的H維坐標(biāo)，點(diǎn)P到 坐標(biāo)原點(diǎn)0的距離為山OP與XOY平面的夾角為目（JI/2 >目/2)，OP在XOY平面上 的投影線OQ與X軸的夾角為a (2 n >目> 0)，每一個(gè)掃描點(diǎn)云對(duì)應(yīng)一個(gè)a和目值。
[0032] 按照W下兩個(gè)式子求解深度圖像的總行數(shù)M和總列數(shù)N，其中a為角度采樣間隔，
[0033] M =取整（（最大目-最小目）/a)+l
[0034] N =取整（（最大 a -最小 a )/a)+l
[0035] 按照下面兩個(gè)式子分別求解每一個(gè)掃描點(diǎn)在深度圖像對(duì)應(yīng)的行列號(hào)，
[003引 row =總行數(shù)M-取整（（目-最小目）/a)
[0037] column =總列數(shù) N-取整（（a -最小 a ) /a)
[0038] 每一個(gè)標(biāo)祀點(diǎn)在深度圖像均會(huì)有對(duì)應(yīng)的行列號(hào)，若是一個(gè)格網(wǎng)中包含有多個(gè)掃描 點(diǎn)，則二者取平均值，把每一個(gè)點(diǎn)的距離值設(shè)置為相應(yīng)的像素值求取深度圖像。
[003引其次，求取標(biāo)點(diǎn)中也點(diǎn)的候選點(diǎn)。
[0040] 在生成深度圖像的過(guò)程中，標(biāo)祀的中也會(huì)呈現(xiàn)出比較亮的圓斑，周邊為相對(duì)較黑 的區(qū)域，設(shè)計(jì)模板利用卷積計(jì)算檢測(cè)標(biāo)祀的圓也，具體步驟如下：
[0041] 一、選定標(biāo)準(zhǔn)距離d。，結(jié)合標(biāo)祀的大小計(jì)算確定模板尺寸，亮斑處的像素值設(shè)置為 1，其他堤防設(shè)置為0，
[0042] 二、依次將模板中也對(duì)準(zhǔn)深度圖像的每一個(gè)像素值，令像素到掃描儀的距離為山 則每一個(gè)像素處的模板大小為標(biāo)準(zhǔn)模板的b倍，b =屯/d ;
[0043] H、獲取每一個(gè)像素處的模板之后按照下式計(jì)算相關(guān)系數(shù)， ,、 t) - /(& 刮[報(bào)('茗 + 哀，V + t)-巧]
[0044] Y 知 y) =-:-;-1 涅sEt[/(S, f) - /技 t)f 左Zt[W(X + s,￥ + t)-巧巧5
[0045] 其中，X = 1，2,3........n, y = 1,2,3,4,5.....m，m，n 分別為深度圖像 f 的大 小，巧是W的像素平均值，/是f與W當(dāng)前所在位置相重合的區(qū)域的平均值。
[0046] 四、設(shè)定一個(gè)闊值t，大于闊值的像素點(diǎn)即是標(biāo)祀中也點(diǎn)的候選點(diǎn)；
[0047] 第H、區(qū)域生長(zhǎng)得到候選標(biāo)祀的有效的圖斑。將之前獲取的標(biāo)祀中也的候選點(diǎn)作 為種子點(diǎn)進(jìn)行區(qū)域生成，生成標(biāo)祀的有效圖斑。
[0048] 第四，提出錯(cuò)誤的識(shí)別標(biāo)祀點(diǎn)，根據(jù)深度圖像和H維點(diǎn)云對(duì)應(yīng)關(guān)系獲得正確的標(biāo) 祀圖斑對(duì)應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，用該些點(diǎn)擬合標(biāo)祀圓也坐標(biāo)。
[004引第二種：
[0050]
[0051] 同第一種方式，先生成標(biāo)祀的深度圖像；
[0052] 利用深度圖像，確定掃描標(biāo)祀的邊界線；
[0053] 繪制標(biāo)祀邊界線，交點(diǎn)即是標(biāo)祀中也。
[0054] 該標(biāo)祀可廣泛應(yīng)用于地面H維激光掃描儀的數(shù)據(jù)采集和全站儀數(shù)字測(cè)圖的聯(lián)系 測(cè)量，減少誤差的傳播，提高數(shù)據(jù)的采集效率。
[00巧]本發(fā)明中H維激光反射面板適合多種型號(hào)的激光掃描儀的反射區(qū)域，圖案的材料 采用較好反射強(qiáng)度的礦物染料進(jìn)行涂抹，數(shù)據(jù)獲取效果更佳。同時(shí)，本發(fā)明將全站儀反射 棱鏡和新型的H維激光掃描儀標(biāo)祀相結(jié)合，增加數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和轉(zhuǎn)換效率，且標(biāo)祀水平位 置可通過(guò)標(biāo)祀基座旋轉(zhuǎn)部設(shè)有的水平管水準(zhǔn)氣泡和圓水準(zhǔn)氣泡進(jìn)行調(diào)整，滿足精確對(duì)中的 要求，保證數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)確性。
[0056] 盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開(kāi)如上，但其并不僅僅限于說(shuō)明書(shū)和實(shí)施方式中所列 運(yùn)用，它完全可W被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地 實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限 于特定的細(xì)節(jié)和該里示出與描述的圖例。
【權(quán)利要求】
1. 一種多功能實(shí)用型激光雷達(dá)掃描標(biāo)靶，其特征在于，包括： 全站儀反射板和三維激光反射面板，其中，三維激光反射面板表面涂有礦物染料，全站 儀反射板與連接柱一端相連，全站儀反射棱鏡中心和全站儀反射板中心重合，全站儀反射 棱鏡其中兩側(cè)和全站儀反射板做活動(dòng)連接，三維激光反射面板中心和全站儀反射棱鏡中心 在同一中心線上，全站儀反射棱鏡其中一側(cè)和三維激光反射面板通過(guò)螺旋結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定連 接； 連接柱另一端連接標(biāo)靶旋轉(zhuǎn)部一端，通過(guò)固定螺旋和凹槽進(jìn)行固定連接，一側(cè)與水準(zhǔn) 管水準(zhǔn)器連接； 標(biāo)靶旋轉(zhuǎn)部另一端通過(guò)軸承連接底座，一側(cè)連接有瞄準(zhǔn)鏡，并在與底座接觸的平面內(nèi) 進(jìn)行自由旋轉(zhuǎn)調(diào)整； 圓水準(zhǔn)器位于底座上部平面內(nèi)，用于整平標(biāo)靶底座； 其中，全站儀反射板、連接柱、標(biāo)靶旋轉(zhuǎn)部、標(biāo)靶底座的軸線在同一直線上。
2. 如權(quán)利要求1所述的多功能實(shí)用型激光雷達(dá)掃描標(biāo)靶，其特征在于，所述全站儀反 射板和三維激光反射面板為鋁合金材料，三維激光反射面板制作成環(huán)形形狀，其反射面涂 有黑色彩云母，三維激光掃描儀獲取對(duì)應(yīng)的反射區(qū)域的激光雷達(dá)點(diǎn)云后，利用標(biāo)靶中心點(diǎn) 位置提取算法確定標(biāo)靶的中心位置。
3. 如權(quán)利要求1所述的多功能實(shí)用型激光雷達(dá)掃描標(biāo)靶，其特征在于，所述全站儀反 射板和三維激光反射面板設(shè)計(jì)成正方形，其中全站儀反射板，以全站儀反射棱鏡中心為中 心，設(shè)計(jì)涂抹為黑白相間的米字型圖案；三維激光反射面板使用黑色彩云母染料按照三個(gè) 圓環(huán)狀圖形進(jìn)行涂抹設(shè)計(jì)。
4. 如權(quán)利要求1或3所述的多功能實(shí)用型激光雷達(dá)掃描標(biāo)靶，其特征在于，所述三維激 光反射面板上三個(gè)圓環(huán)狀圖形進(jìn)行涂抹設(shè)計(jì)為中心位圓形，中間為黑色彩云母圓環(huán)，第三 個(gè)圓環(huán)相對(duì)于圓中心的一半使用黑色彩云母涂抹。
5. 如權(quán)利要求1所述的多功能實(shí)用型激光雷達(dá)掃描標(biāo)靶，其特征在于，所述三維激光 反射面板適用不同類(lèi)型的激光掃描儀。
6. 如權(quán)利要求1所述的多功能實(shí)用型激光雷達(dá)掃描標(biāo)靶，其特征在于，所述全站儀反 射棱鏡，當(dāng)附帶三維激光掃描標(biāo)，在堅(jiān)直方向上最大旋轉(zhuǎn)角為30度。
7. 如權(quán)利要求1所述的多功能實(shí)用型激光雷達(dá)掃描標(biāo)靶，其特征在于，所述標(biāo)靶底座 下部設(shè)有鏈接螺旋與常規(guī)三腳架連接，實(shí)現(xiàn)標(biāo)靶底座的固定。
8. 如權(quán)利要求1所述的多功能實(shí)用型激光雷達(dá)掃描標(biāo)靶，其特征在于，所述全站儀反 射板、連接柱、標(biāo)靶旋轉(zhuǎn)部、標(biāo)靶底座通過(guò)瞄準(zhǔn)鏡調(diào)節(jié)，堅(jiān)直方向上，使其軸線在同一條直線 上。
【文檔編號(hào)】G01C15/00GK104237868SQ201410422162
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】郭明, 王晏民, 王國(guó)利, 王志良 申請(qǐng)人:北京建筑大學(xué)