[发明专利]一种基于三维点云数据获取装置的三维点云数据坐标转化方法

摘要

本发明公开一种利用二维激光扫描仪的三维点云数据获取装置及方法，给出了激光点云数据从二维到三维的坐标转化方法。分析了由于传感器工作模式差异、硬件工艺水平等因素对转化过程的影响，并给出了相应的解决方法：通过Kalman滤波来逼近转台的真实速度；修正了串口数据的获取时间；补偿了一个周期内的激光点的角度变化量；推算出激光扫描仪在水平轴及纵轴的角度、位置偏差。实验表明，利用旋转平台进行静态三维激光扫描时，可以准确的获取空间的三维点云结构。当进行移动扫描时，由于其体积相对轻便，在获得三维数据的同时，通过数据的配准可获得移动平台的位置，实现了地图的同步获取与定位。

主权项

1.一种基于三维点云数据获取装置的三维点云数据坐标转化方法，所述三维点云数据获取装置包括二维激光扫描仪(1)、转轴(2)、传动轮(3)、编码器(4)、多通路导电滑环(5)、驱动电机(7)、托盘(8)、传动轴承(6)；所述二维激光扫描仪(1)固定于托盘(8)上，托盘(8)下端通过传动轴承(6)与传动轮(3)相连；传动轮(3)连接驱动电机(7)，由驱动电机(7)驱动其转动，从而带动托盘(8)旋转，托盘(8)带动二维激光扫描仪(1)旋转；编码器(4)设置于转轴(2)上，用以计算转轴(2)的旋转角度；多通路导电滑环(5)设置于转轴(2)上；编码器(4)通过多通路导电滑环(5)与计算机串口连接，其获取的数据通过计算机串口读出；二维激光扫描仪(1)上的激光数据接口通过多通路导电滑环(5)连接计算机的网口，通过计算机网口读取二维激光扫描仪(1)的激光扫描数据；其特征在于，包括如下步骤：步骤a：假设从计算机网口获取激光扫描数据的时间点为Tl，此时从计算机串口读取的装置的旋转角度为θ0，其时间点为Ts，两者的时间差为Td＝Ts‑Tl，该时间差引起的角度误差为ω*Td，修正该误差得到Tl时刻装置的实际旋转角度为θ1＝θ0‑ω*Td，其中ω表示装置的角速度；步骤a.1：计算装置的角速度ω；设从串口读取的相邻两个旋转角度分别为α1，α2，对应的时间分别为T1，T2，则装置的瞬时角速度为：ω＝(α1‑α2)/(T1‑T2)                       (1)步骤a.2：对串口数据获取时间的修正：如果通过串口读取的第一条数据中有旋转角度，则保持此时的Ts不变；如果第一条数据中没有旋转角度，旋转角度是从串口的第二条数据中获得的，则此时实际的旋转角度获取时间点应该是Ts’＝Ts‑0.01；步骤b：以一个激光扫描周期内的激光扫描中心为原点，水平方向为x轴，垂直方向为y轴，建立坐标系；设激光点P的x，y坐标分别为P[0]，P[1]，则其在所述激光扫描周期内的旋转角度为atan2(P[1],P[0])，在所述激光扫描周期内，装置转动了ω*t度，t为激光扫描周期，故激光点P在这一周期内的偏移为：θ2＝[atan2(P[1],P[0]+λ]/(2π×ω×t)其中λ为二维激光扫描仪的扫描角度；对于每一个激光点数据，修正后的旋转角度为θ3＝θ1+θ2；步骤c：获取激光扫描仪与水平面的角度差θ4，以及激光扫描中心与装置的转轴中心相对距离r；步骤d：构造旋转矩阵M1，M2，其中M1修正了激光扫描仪的水平位置偏差，M2修正了激光扫描中心与装置的转轴中心的位置偏差及激光点旋转角度误差引起的偏差；步骤e：对每一个激光点，作如下转换：Pout＝M2*M1*PinPin为通过计算机串口读取的装置的旋转角度，Pout为坐标转换后的装置的旋转角度。