[发明专利]一种凸球面镜反射的激光扫描数据获取与解算方法

权利要求书

1.一种凸球面镜反射的激光扫描数据获取与解算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将凸球面镜放置在作业空间的死角处；

S2、将三维激光扫描仪放置在与凸球面镜保持通视的位置，通过三维激光扫描仪对物体进行扫描，获得激光点云扫描数据；

S3、将所述激光点云扫描数据分离为直视表面区域点云、镜面定位圈区域点云、镜面反射区域点云；

S4、根据所述镜面定位圈区域点云，解算凸球面镜的镜面位置与姿态，获得旋转矩阵；

S5、根据所述旋转矩阵、所述镜面反射区域点云，解算凸球面镜反射激光点云中激光像点对应的物体上的物点点云坐标；

S6、将所述直视表面区域点云与解算得到的所述凸球面镜反射激光点云中激光像点对应的物体上的物点点云坐标进行配准合成，得到物体的完整点云；

其中，所述步骤S5具体为：

建立凸球面镜反射激光点云中激光像点与原点的空间直线方程；

联立凸球面镜反射激光点云中激光像点与原点的空间直线方程、三维空间下的球面方程，获得空间直线与凸球面镜的交点坐标；

根据三维空间下的球面函数，获得空间直线与凸球面镜的交点在凸球面上的切平面方程；

根据切平面方程获得凸球面镜反射激光点云中激光像点关于切平面的对称点，所述对称点的坐标为凸球面镜反射激光点云中激光像点对应的物体上的物点坐标；

其中，所述凸球面镜反射激光点云中激光像点与原点的空间直线方程为：

其中，(x₁，y₁，z₁)是坐标原点(0,0,0)，(x₂，y₂，z₂)是凸球面镜反射激光点云中激光像点，t是参数；

所述三维空间下的球面方程为：

(X-a)²+(Y-b)²+(Z-c)²＝R² (2)

其中，(a,b,c)是凸球面镜的球心坐标，R是凸球面镜的半径；

联立(1)(2)，求得关于参数t的函数方程：

F(t)＝(x₂t-a)²+(y₂t-b)²+(z₂t-c)²-R² (3)

将(x₂，y₂，z₂)以此代入(3)中，求得t值，得到空间直线与凸球面镜的交点(x,y,z)；

所述三维空间下的球面函数为：

f(X，Y，Z)＝(X-a)²+(Y-b)²+(Z-c)²-R² (4)

所述空间直线与凸球面镜的交点在凸球面上的切平面为：

f_x′(X-x)+f_y′(Y-y)+f_z′(Z-z)＝0

f_x′X+f_y′Y+f_z′Z-(f_x′x+f_y′y+f_z′z)＝0 (5)

所述凸球面镜反射激光点云中激光像点关于切平面的对称点为：

得到的(x₃，y₃，z₃)为所述凸球面镜反射激光点云中激光像点对应的物体上的物点坐标。

2.根据权利要求1所述的凸球面镜反射的激光扫描数据获取与解算方法，其特征在于，所述步骤S1中，将凸球面镜固定在一个可多角度旋转移动的支架上。

3.根据权利要求1所述的凸球面镜反射的激光扫描数据获取与解算方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过三维激光扫描仪对物体进行扫描时，调整凸球面镜的角度进行多次扫描。

4.根据权利要求1所述的凸球面镜反射的激光扫描数据获取与解算方法，其特征在于，所述步骤S4中，通过所述镜面定位圈区域点云解算出旋转矩阵，通过旋转平移使镜面的最大圆平面与三维激光扫描仪的坐标系平面平行。