Калибровка наземного лазерного сканера по сканам испытательного полигона с применением степенных полиномов

КАЛИБРОВКА НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНЕРА ПО СКАНАМ ИСПЫТАТЕЛЬНОГО ПОЛИГОНА С ПРИМЕНЕНИЕМ СТЕПЕННЫХ ПОЛИНОМОВ
А.Е. Войнаровский1,2*, С.Г. Тихонов1
*info@photogrammetria.ru
1ООО «НПП «Фотограмметрия», Российская Федерация, Санкт-Петербург
2Санкт-Петербургский государственный университет, Российская Федерация, Санкт-Петербург


Ключевые слова: лазерное сканирование, калибровка сканера, ScanIMAGER, пространственный полигон, поле искажений, ScanCalibr
Аннотация: Рассматривается реализация технологической схемы и математического аппарата калибровки наземного лазерного сканера по сканам испытательного полигона с применением степенных полиномом в программном продукте ScanIMAGER и утилите ScanCalibr.

Современный наземный лазерный сканер представляет собой автоматизированную систему сбора пространственных данных, работающую с очень высокой скоростью, обеспечивая при этом миллиметровую точность. Результатом работы лазерного сканера является растровое изображение – скан, значения пикселей которого представляют собой элементы вектора с измеренным расстоянием и интенсивностью отражённого сигнала. С помощью специализированного программного обеспечения из растрового скана можно создать облако точек, пересчитав каждый пиксель скана из полярной системы координат в прямоугольную декартову с учетом результатов калибровки конкретного прибора.

В процессе эксплуатации ряд узлов лазерного сканера испытывает значительные динамические нагрузки, и со временем результаты калибровки уже не полностью компенсируют систематические ошибки прибора, что приводит к ухудшению точности выходного облака точек. Чтобы точность измерений сканера удовлетворяла заявленным требованиям – необходимо периодически повторять его калибровку. На сегодняшний день производители оборудования по-разному подходят к решению проблемы калибровки лазерного сканера. Некоторые производители предоставляют сервисную функцию самокалибровки. Другие предлагают функцию контроля калибровки, т.е. насколько заводские калибровочные параметры актуальны и способны компенсировать ошибки сканирования. И третьи полностью отказывают в предоставлении сервисных функций, отвечающих за калибровку. В большинстве случаев, сервисная калибровка лазерного сканера – это дорогостоящая и длительная процедура. В то же время, как правило, задача периодической калибровки сводится к актуализации поправок минимизирующих влияние систематических ошибок прибора на результаты сканирования и решается на программном уровне. В данной статье рассматривается решение актуальной задачи, – разработки универсальной технологии калибровки наземных лазерных сканирующих систем.

Калибровку лазерного сканера можно выполнять как по первичным или «сырым» данным (расстояния, горизонтальные и вертикальные углы, полученные как результат измерений в процессе сканирования) так и по вторичным данным (расстояния, горизонтальные и вертикальные углы, полученные как функции трехмерных декартовых координат возвращаемых прибором по результатам сканирования).

Калибровка на основе первичных данных во многом является более предпочтительной, поскольку позволяет непосредственно определять и учитывать основные инструментальные ошибки сканера, вызванные не оптимальным взаимным расположением основных осей и узлов прибора.
Данные виды ошибок и методы их поверки у геодезических приборов хорошо изучены, а формулы учета в результатах измерений имеют простой и законченный вид. Однако не всегда есть возможность выполнить калибровку сканера по первичным данным, поскольку производители оборудования часто закрывают доступ к «сырым» данным прибора и показаниям датчиков, а не санкционированная производителем «прошивка» внутренней памяти прибора приводит к потере гарантии. Поэтому самостоятельно калибровку сканера по первичным данным можно выполнить лишь в случае, если данная процедура предусмотрена фирмой изготовителем как пользовательская. В остальных же случаях единственный путь минимизировать влияние систематических ошибок и повысить качество выходной информации – это провести калибровку по расстояниям, горизонтальным и вертикальным углам, восстановленным по координатам отсканированных точек. Таким образом, задача калибровки лазерного сканера по вторичным данным сводится к выявлению остаточных ошибок сканирования после применения заводских параметров с целью их компенсации при создании выходного облака точек. Данную задачу удобно решать по сканам пространственного испытательного полигона, координаты марок которого известны с заведомо более высокой точностью, чем их можно определить по результатам сканирования.

Сравнивая геометрические величины, которые связывают точки установки сканера с марками полигона, вычисленные по результатам сканирования и по исходным координатам марок получаем невязки, представляющие собой поле искажений сканирующей системы.
Аппроксимируя поле искажений, например, степенными полиномами, и определив из решения соответствующих уравнений их коэффициенты, получаем возможность вычислить поправки в результаты измерений каждой отсканированной точки.
В докладе представлена технологическая схема и математический аппарат калибровки реализованный в утилите ScanCalibr программного комплекса ScanIMAGER.

LASER SCANNER CALIBRATION USING SCANS OF TEST POLYGON AND EXPOTENTIAL POLYNOMIALS
A. Voinarovskii1,2*, S. Tikhonov1
*info@photogrammetria.ru
1 "Photogrammetria" Ltd., Russian Federation, Saint-Petersburg
2 Saint-Petersburg State University, Russian Federation, Saint-Petersburg
Keywords: laser scanning, scanner calibration, ScanIMAGER, spatial polygon field distortion, ScanCalibr
Annotation: Realization of the technology and the mathematical apparatus for the calibration of laser scanner using scans of test polygon with the use of exponential polynomial in the software product Scan-IMAGER and utility ScanCalibr.

Источник:
СБОРНИК МАТЕРИАЛОВ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ II
ГЕОДЕЗИЯ, КАРТОГРАФИЯ, ГЕОИНФОРМАТИКА И КАДАСТРЫ.
ОТ ИДЕИ ДО ВНЕДРЕНИЯ

-
Санкт-Петербург / Saint-Petersburg
08-10 ноября 2017 г.

скачать СБОРНИК

В сборник вошли материалы международной научно-практической конференции «Геодезия, картография, геоинформатика и кадастры. От идеи до внедрения», ставящей цель обмена опытом и результатами инновационных исследований и практической деятельности в области геодезии, картографии, геоинформатики и кадастров.
Сборник адресован специалистам геодезических и картографических предприятий, производителям и поставщикам программного обеспечения,
геодезического, картографического и геоинформационного оборудования, научным работникам, преподавателям образовательных учреждений, а также студентам и аспирантам, исследующим как теоретические, так и прикладные аспекты развития геодезии, картографии, геоинформатики и кадастров.

распечатать

Похожие публикации

Применение метода SIFT для автоматической регистрации результатов трехмерного лазерного сканирования

Важнейшей задачей первичной обработки результатов наземного лазерного сканирования является регистрация сканов, то есть перевычисление результатов сканирования из систем координат отдельных станций в общую систему. На сегодняшний день используется несколько методов решения данной задачи: •...

Статьи и публикации
Подробнее...

Вторая международная научно-практическая конференция «Геодезия, картография, геоинформатика и кадастры. От идеи до внедрения»

С 8 по 10 ноября 2017 года в Русском географическом обществе (г.Санкт-Петербург, пер. Гривцова, д. 10) пройдет вторая международная научно-практическая конференция «Геодезия, картография, геоинформатика и кадастры. От идеи до внедрения». Ведущие специалисты компании НПП «Фотограмметрия» выступят с...

Статьи и публикации
Подробнее...

Суть наземного лазерного сканирования

Наземное лазерное сканирование – уже не новшество, а признанная и перспективная технология, благодаря которой, при работе с объектами культурного наследия, удается получить данные высокой точности и непревзойденной детальности фиксации. Система наземного лазерного сканирования состоит из лазерного...

Справочник
Подробнее...

Программный комплекс ScanIMAGER

Программный комплекс ScanIMAGER предназначен для обработки результатов трехмерного лазерного сканирования применительно к архитектурным обмерам. Он построен по модульному принципу и поставляется в различных модификациях.
Подробнее...

Новочеркасский войсковой собор, полет по облаку точек

3D модель горельефа Е.В. Вучетича, ВДНХ, г.Москва

© Photorgammetria.ru, 2006—2018. Разработка и поддержка TCSE-CMS.com