一种多功能实用型激光雷达扫描标靶的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种多功能实用型激光雷达扫描标靶，包括：全站仪反射板和三维激光反射面板，三维激光反射面板涂有矿物染料，全站仪反射板与连接柱一端相连，全站仪反射棱镜其中两侧和全站仪反射板为活动连接，三维激光反射面板中心和全站仪反射棱镜中心在同一直线上，全站仪反射棱镜其中一侧和三维激光反射面板进行固定连接；连接柱另一端连接标靶旋转部一端，一侧与水准管水准器连接；标靶旋转部另一端通过轴承连接底座，一侧连接瞄准镜；圆水准器位于底座上。本发明中三维激光反射面板设置适合多种型号的激光扫描仪的反射区域，图案材料采用反射强度好的矿物染料。同时，本发明将全站仪反射棱镜和三维激光扫描仪标靶结合，增加数据的准确度和转换效率。
【专利说明】-种多功能实用型激光雷达扫描标祀
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种多功能实用型激光雷达扫描标祀。
【背景技术】
[0002] 标祀在地面H维激光扫描中的主要作用是点云拼接中的连接点和坐标转换中的 控制点，标祀获取精度与扫描角度和扫描距离有关。H维激光扫描技术又称为"实景复制技 术"，通过高速激光扫描测量，快速获取被测对象表面的H维坐标数据，具有快速、实时、非 接触、主动等特点，在古建筑保护、文化遗产保护、重要建筑物的施工质量评价、建筑物变形 监测等方面得到了广泛应用。在完成单体建筑物或单个工程的实地扫描、点云拼接之后，为 了构建实景漫游等工程产品，往往需要将点云坐标和现实独立坐标系建立联系。为了简单 方便、准确、高效的完成点云坐标转换，发明设计一种多功能实用型激光雷达扫描标祀，方 便点云的转换。
【发明内容】
[0003] 本发明设计开发了一种多功能实用型激光雷达扫描标祀。本发明中H维激光反射 面板设置适合多种型号的激光扫描仪的反射区域，图案的材料采用较好反射强度的矿物染 料，数据获取效果更佳。同时，本发明将全站仪反射棱镜和H维激光扫描仪标祀相结合，增 加数据的准确度和转换效率，且标祀水平位置可通过标祀基座旋转部设有的水平管水准气 泡和圆水准气泡进行调整，满足精确对中的要求，保证数据获取的准确性。
[0004] 本发明提供的技术方案为：
[0005] -种多功能实用型激光雷达扫描标祀，包括：
[0006] 全站仪反射板和H维激光反射面板，其中，H维激光反射面板表面涂有矿物染料， 全站仪反射板与连接柱一端相连，全站仪反射棱镜中也和全站仪反射板中也重合，全站仪 反射棱镜其中两侧和全站仪反射板做活动连接，H维激光反射面板中也和全站仪反射棱镜 中也在同一中也线上，全站仪反射棱镜其中一侧和H维激光反射面板通过螺旋结构进行 固定连接；
[0007] 连接柱另一端连接标祀旋转部一端，通过固定螺旋和凹槽进行固定连接，一侧与 水准管水准器连接；
[0008] 标祀旋转部另一端通过轴承连接底座，一侧连接有瞄准镜，并且在与底座接触的 平面内进行自由旋转，调整上部结构的位置；
[0009] 圆水准器位于底座上部平面内，用于整平标祀调水平位置；
[0010] 其中，全站仪反射板、连接柱、标祀旋转部、标祀底座的轴线在同一直线上。
[0011] 优选的是，所述的多功能实用型激光雷达扫描标祀中，所述全站仪反射板和H维 激光反射面板为铅合金材料，H维激光反射面板涂有黑色彩云母，H维激光扫描仪获取对 应的反射区域的激光雷达点云后，利用标祀中也点位置提取算法确定标祀的中也位置。
[0012] 优选的是，所述的多功能实用型激光雷达扫描标祀中，所述全站仪反射板和H维 激光反射面板设计成正方形，其中全站仪反射板，W全站仪反射棱镜中也为中也，设计涂抹 为黑白相间的米字型图案；H维激光反射面板使用黑色彩云母染料按照H个圆环状图形进 行涂抹设计。
[0013] 优选的是，所述的多功能实用型激光雷达扫描标祀中，所述H维激光反射面板上 H个圆环状图形进行涂抹设计为中也位圆形，中间为黑色彩云母圆环，第H个圆环相对于 圆中也的一半使用黑色彩云母涂抹。
[0014] 优选的是，所述的多功能实用型激光雷达扫描标祀中，所述H维激光反射面板适 用不同类型的激光扫描仪。
[0015] 优选的是，所述的多功能实用型激光雷达扫描标祀中，所述全站仪反射棱镜，当附 带H维激光扫描仪时，在竖直方向上最大旋转角为30度。
[0016] 优选的是，所述的多功能实用型激光雷达扫描标祀中，所述标祀底座下部设有链 接螺旋与常规H脚架连接，实现标祀底座的固定。
[0017] 优选的是，所述的多功能实用型激光雷达扫描标祀中，所述全站仪反射板、连接 柱、标祀旋转部、标祀底座通过瞄准镜调节，竖直方向上，使其轴线在同一条直线上。
[0018] 本发明中H维激光反射面板分布适合多种型号的激光扫描仪的反射区域，图案 的材料采用较好反射强度的矿物染料进行涂抹，数据获取效果更佳。同时，本发明将全站仪 反射棱镜和新型的H维激光扫描仪标祀相结合，增加数据的准确度和转换效率，且标祀水 平位置可通过标祀基座旋转部设有的水平管水准气泡和圆水准气泡进行调整，满足精确对 中的要求，保证数据获取的准确性。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1为本发明所述的多功能实用型激光雷达扫描标祀的结构示意图。
[0020] 图2为一种多功能实用型激光雷达扫描标祀的全站仪反射板示意图。
[0021] 图3为一种多功能实用型激光雷达扫描标祀的H维激光反射板示意图。
[0022] 图4为一种多功能实用型激光雷达扫描标祀的俯视图。
[0023] 图5为一种多功能实用型激光雷达扫描标祀的侧视图。 图6为确定标祀圆也坐标的示意图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，W令本领域技术人员参照说明书文 字能够据W实施。
[00巧]如图1所示为一种多功能实用型激光雷达扫描标祀的整体结构图，标祀包括底 座、旋转部、瞄准镜、水准管水准器、圆水准器、连接柱、面板、全站仪反射棱镜、H维激光反 射面板等部分。如图3所示在H维激光扫描仪的反射面板位置分布多种型号的激光扫描仪 的反射区域，常规扫描仪反射区域，Riegl (瑞格）扫描仪反射区域，Leica (莱卡）扫描仪反 射区域，并且反射区域图案的材料采用反射强度更好的矿物染料涂抹黑色彩云母在激光波 段分别为400-700nm/905nm/1550皿的Leica (莱卡）系列扫描仪、国产仪器Stonex系列和 中科天维TW系列扫描仪的测试中，肉眼识别效果、激光发射强度和算法提取中都得到了明 显的优良结果，所W选择此染料作为标祀的图案涂抹材料。H维激光测量反射面板中也为 测点坐标，可直接利用全站仪测量出目标坐标系下的坐标。
[0026] 如图4所示标祀水平位置可通过标祀基座旋转部设有的水平管水准气泡和圆水 准气泡进行调整，满足精确对中的要求，全站仪反射板、连接柱、标祀旋转部、标祀底座通 过瞄准镜调节，竖直方向上，使其轴线在同一条直线上。
[0027] 利用全站仪直接对准反射标祀的棱镜一面，直接测量得到标祀的中也位置坐标。 利用地面H维激光扫描仪扫描标祀对应的标祀反射面，利用专用算法提取反射标祀的边缘 线和标祀中也点，根据扫描点云求取标祀的法线，增加标祀中也点的修正参数，从而得到标 祀中也的点云位置，增加点云位置点，从而实现点云坐标和全站仪坐标的匹配和转换。
[0028] 地面H维激光扫描仪对应的反射标祀中也点位置提取：
[0029] 第一种：
[0030] 首先，将扫描获取的标祀的H维激光点云按照中也投影的原理转化为深度图像， 从而建立H维点云邻域关系的索引手段，利用常规的数字图像的处理算法直接提取标祀的 相关特征。
[0031] 假设坐标原点为0,点P (X，y，Z)表示其中一个任意的扫描点的H维坐标，点P到 坐标原点0的距离为山OP与XOY平面的夹角为目（JI/2 >目/2)，OP在XOY平面上 的投影线OQ与X轴的夹角为a (2 n >目> 0)，每一个扫描点云对应一个a和目值。
[0032] 按照W下两个式子求解深度图像的总行数M和总列数N，其中a为角度采样间隔，
[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] 按照下面两个式子分别求解每一个扫描点在深度图像对应的行列号，
[003引 row =总行数M-取整（（目-最小目）/a)
[0037] column =总列数 N-取整（（a -最小 a ) /a)
[0038] 每一个标祀点在深度图像均会有对应的行列号，若是一个格网中包含有多个扫描 点，则二者取平均值，把每一个点的距离值设置为相应的像素值求取深度图像。
[003引其次，求取标点中也点的候选点。
[0040] 在生成深度图像的过程中，标祀的中也会呈现出比较亮的圆斑，周边为相对较黑 的区域，设计模板利用卷积计算检测标祀的圆也，具体步骤如下：
[0041] 一、选定标准距离d。，结合标祀的大小计算确定模板尺寸，亮斑处的像素值设置为 1，其他堤防设置为0，
[0042] 二、依次将模板中也对准深度图像的每一个像素值，令像素到扫描仪的距离为山 则每一个像素处的模板大小为标准模板的b倍，b =屯/d ;
[0043] H、获取每一个像素处的模板之后按照下式计算相关系数， ,、 t) - /(& 刮[报('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 分别为深度图像 f 的大 小，巧是W的像素平均值，/是f与W当前所在位置相重合的区域的平均值。
[0046] 四、设定一个阔值t，大于阔值的像素点即是标祀中也点的候选点；
[0047] 第H、区域生长得到候选标祀的有效的图斑。将之前获取的标祀中也的候选点作 为种子点进行区域生成，生成标祀的有效图斑。
[0048] 第四，提出错误的识别标祀点，根据深度图像和H维点云对应关系获得正确的标 祀图斑对应的点云数据，用该些点拟合标祀圆也坐标。
[004引第二种：
[0050]
[0051] 同第一种方式，先生成标祀的深度图像；
[0052] 利用深度图像，确定扫描标祀的边界线；
[0053] 绘制标祀边界线，交点即是标祀中也。
[0054] 该标祀可广泛应用于地面H维激光扫描仪的数据采集和全站仪数字测图的联系 测量，减少误差的传播，提高数据的采集效率。
[00巧]本发明中H维激光反射面板适合多种型号的激光扫描仪的反射区域，图案的材料 采用较好反射强度的矿物染料进行涂抹，数据获取效果更佳。同时，本发明将全站仪反射 棱镜和新型的H维激光扫描仪标祀相结合，增加数据的准确度和转换效率，且标祀水平位 置可通过标祀基座旋转部设有的水平管水准气泡和圆水准气泡进行调整，满足精确对中的 要求，保证数据获取的准确性。
[0056] 尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列 运用，它完全可W被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地 实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限 于特定的细节和该里示出与描述的图例。
【权利要求】
1. 一种多功能实用型激光雷达扫描标靶，其特征在于，包括： 全站仪反射板和三维激光反射面板，其中，三维激光反射面板表面涂有矿物染料，全站 仪反射板与连接柱一端相连，全站仪反射棱镜中心和全站仪反射板中心重合，全站仪反射 棱镜其中两侧和全站仪反射板做活动连接，三维激光反射面板中心和全站仪反射棱镜中心 在同一中心线上，全站仪反射棱镜其中一侧和三维激光反射面板通过螺旋结构进行固定连 接； 连接柱另一端连接标靶旋转部一端，通过固定螺旋和凹槽进行固定连接，一侧与水准 管水准器连接； 标靶旋转部另一端通过轴承连接底座，一侧连接有瞄准镜，并在与底座接触的平面内 进行自由旋转调整； 圆水准器位于底座上部平面内，用于整平标靶底座； 其中，全站仪反射板、连接柱、标靶旋转部、标靶底座的轴线在同一直线上。
2. 如权利要求1所述的多功能实用型激光雷达扫描标靶，其特征在于，所述全站仪反 射板和三维激光反射面板为铝合金材料，三维激光反射面板制作成环形形状，其反射面涂 有黑色彩云母，三维激光扫描仪获取对应的反射区域的激光雷达点云后，利用标靶中心点 位置提取算法确定标靶的中心位置。
3. 如权利要求1所述的多功能实用型激光雷达扫描标靶，其特征在于，所述全站仪反 射板和三维激光反射面板设计成正方形，其中全站仪反射板，以全站仪反射棱镜中心为中 心，设计涂抹为黑白相间的米字型图案；三维激光反射面板使用黑色彩云母染料按照三个 圆环状图形进行涂抹设计。
4. 如权利要求1或3所述的多功能实用型激光雷达扫描标靶，其特征在于，所述三维激 光反射面板上三个圆环状图形进行涂抹设计为中心位圆形，中间为黑色彩云母圆环，第三 个圆环相对于圆中心的一半使用黑色彩云母涂抹。
5. 如权利要求1所述的多功能实用型激光雷达扫描标靶，其特征在于，所述三维激光 反射面板适用不同类型的激光扫描仪。
6. 如权利要求1所述的多功能实用型激光雷达扫描标靶，其特征在于，所述全站仪反 射棱镜，当附带三维激光扫描标，在坚直方向上最大旋转角为30度。
7. 如权利要求1所述的多功能实用型激光雷达扫描标靶，其特征在于，所述标靶底座 下部设有链接螺旋与常规三脚架连接，实现标靶底座的固定。
8. 如权利要求1所述的多功能实用型激光雷达扫描标靶，其特征在于，所述全站仪反 射板、连接柱、标靶旋转部、标靶底座通过瞄准镜调节，坚直方向上，使其轴线在同一条直线 上。
【文档编号】G01C15/00GK104237868SQ201410422162
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2014年8月25日
【发明者】郭明, 王晏民, 王国利, 王志良 申请人:北京建筑大学