无地面控制点的车载激光扫描系统外标定方法-武汉大学学报·信息
车载激光扫描仪外参数标定方法研究
要想确定激光扫描仪的外方位元素（三个平移参 数、三个旋转参数以及一个尺度变换参数），必须找 到物方坐标系（当地水平坐标系）和像方坐标系（激 光扫描仪坐标系）下的同名控制点，而且控制点不少 于 3 个，这样才能解算出 7 个外方位元素。物方坐标 系下容易得到控制点，关键是怎样得到这些同名控制 点在像方坐标系下的相应坐标。在这里采用了这样一 种方法来建造一个简单的试验场（图 3）：把整套试 验设备放置在平坦的试验场中，激光扫描仪放在车体 平台上，在激光扫描仪的对面斜放带有标志点的玻 璃，在合适的位置摆放全站仪用以观测控制点在物方 坐标系下的坐标。 2.3 试验方法
把控制点粘贴在玻璃上面，因为激光可以透过玻 璃或被反射到别处，使激光只能得到玻璃上控制点的 数据，这样便于在激光数据中提取控制点在像方坐标 系下的坐标，这里要注意要保持玻璃面与激光扫描面 不要垂直，因为完全垂直时，一些垂直打在玻璃上的
图 4 激光实时数据采集画面 Fig.4 Real-time picture of data acquisition 从图 4 中可以清楚地看到几个标志点。然后通过 数据接收程序获取此时的激光数据，解码得到如图 5 的激光数据，接着用全站仪测得这些控制点在物方坐 标系下的坐标。为了得到纵向上的更大延伸，有利于 判断各个因子的精度，应将玻璃再远离激光扫描仪一 段距离重新获取一次试验数据（试验证明该步骤很有 必要，否则进行后面迭代计算的时候容易发散）。
“车载多传感器集成系统”正是为适应上述这种 需求而设计的，该系统中激光扫描仪与 GPS、IMU（惯 性测量单元）联合使用，GPS 得到的是 GPS 天线中心 位置在 WGS-84 高斯克吕格三度带投影下的坐标； IMU 得到的是 IMU 本身的姿态信息。要想得到扫描 点在高斯投影下的坐标，就必须将 GPS 中心位置和 IMU 姿态实时传递给激光扫描仪，这样才能把每一时 刻扫描仪平面极坐标系下的坐标点转换到 WGS-84 高 斯克吕格三度带投影坐标系下的三维坐标。但是由于 GPS 天线中心不可能与激光扫描仪中心在一起，IMU 姿态也不可能准确反应激光扫描仪的姿态，因此在进 行参数传递的时候一定要考虑这些传感器之间存在着 的系统误差，也就是准确标定出激光扫描仪的外参数， 即三个平移参数（反应 GPS 天线中心与激光扫描仪中 心位置关系）和三个旋转参数（反应 IMU 姿态与激光 扫描仪的姿态关系）以及一个尺度变换参数。然而研 究激光扫描仪外参数标定的并不多，方法也都不成熟， 这主要是因为激光扫描仪的扫描中心是不可见的，其 扫描光束也是不可见的，这样就很难确定一条扫描线 是否扫到了用来联合解算的控制点上。基于此，文中 根据“86 3”项目“车 载多传 感器集 成及关键 技术研 究” 需要，提出了一种可行的标定方法。
车载激光雷达外参数的标定方法
Ｅｘ ｔ ｒ ｉ ｎ ｓ ｉ ｃ Ｃａ ｌ ｉ ｂｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｆ ｏ ｒ Ｍ ｕｌ ｔ ｉ ｐｌ ｅ
Ｌｉ ｄ ａ ｒ ｓ Ｍ ｏ ｕｎｔ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｍ ｏ ｂ ｉ ｌ ｅ Ｖｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ
ＣＨＥＮＧ Ｊ ｉ ｎｌ ｏ ｎｇ， ＦＥＮＧ Ｙｉ ｎｇ， ＣＡＯ Ｙｕ， ＬＥＩ Ｂｉ ｎｇ， Ｗ ＥＩ Ｌｉ ａ ｎ
进 行 了评 估 和验 证 。
关键词 ：激光雷达；外参数标定；三维坐标 系转换 ；Ｒ Ａ ＮＳ ＡＣ算法；三维重建
中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｐ ２ １ ２ ． ９ 文 献 标 志 码 ：Ａ ｄ ｏ ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ３ — ５ ０ １ Ｘ． ２ ０ １ ３ ． １ ２ ． ０ １ ５
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｅ ｘ ｔ ｒ ｉ ｎ ｓ ｉ ｃ ｃ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｌｉ ｄ ａ ｒ ｉ ｓ ｎ ｅ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｒ ｙ ｆ ｏ ｒ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ — ｍｏ ｕ ｎ ｔ ｅ ｄ ３ Ｄ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｌ ｅ Ｌｉ ｄ ａ ｒ ｓ Ｃｏ ｎ ｃ ｅ ｒ ｎ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｔ ｒ ｉ ｎ ｓ ｉ ｃ ｃ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｌ ｉ ｄ ａ ｒ ，ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｃ ａ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｌ ｉ ｄ ａ ｒ ｉ ｓ ｉ ｎ ｖ ｉ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｓ ｃ ａ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ｍｏ ｄ ｅ ｉ ｓ
ｐ ｌ ａ ｎ ｅ ｆ ｅ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｅ ｘ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ Ｒ ａ ｎ ｄ ｏ ｍ Ｓ ａ ｍ ｐ ｌ ｅ Ｃ ｏ ｎ ｓ ｅ ｎ ｓ ｕ ｓ（ Ｒ ＡＮＳ ＡＣ ）ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ，
车载激光测绘系统的标定
系统精度试 验分 析 ， 进一步验证 了标定方案 的正确性和有效性。
关 键 词： 激光测绘 ； 车 载 系统 ； 激光扫描仪 ； 标 定 文献标识码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ７ ８ ８ ／ Ｃ ０ ． ２ ０ １ ３ ０ ６ ０ ３ ． ０ ３ ５ ３ 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｎ ２ ４ ７
ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｃ ｔ ｎ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｖ ａ ｌ ｉ ｄ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｃ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｍａ ｐ ｐ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ； ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ － ｂ ｏ ｒ ｎ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ； ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｓ ｃ ａ ｎ ｎ ｅ ｒ ； ｃ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
李 磊 ， 严 洁， 阮友 田
（ 中国电子科技集团 公司 第二十七研究 所， 河南 郑州 ４ ５ ０ ０ ４ ７ ）
摘要 ： 介绍了车载激光测绘系统 的组成和工作原理 。对 系统 中的激光 扫描 仪增设 了可见 光源作 为标校参考 光 ， 以便 有效 地确定激光测量 中心和扫描方 向， 并直接测量部分标校 参数 。根 据其 特点 ， 设计 了基于可见参考光 的标校方案 。进 行 了 静态标校试 验和激光测绘系统动态精度测量试验 ， 试 验得到标定误差为０ ． ０ ２ ８ １ ｍ， 系统平面定位误差为 ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ － ｂ ｏ ｒ ｎ ｅ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｍａ ｐ ｐ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
Ｌ Ｉ Ｌ ｅ ｉ ，ＹＡＮ Ｊ ｉ ｅ ，ＲＵ ＡＮ Ｙｏ ｕ — ｔ ｉ ａ ｎ
车载激光雷达标定的方法与制作流程
车载激光雷达标定的方法与制作流程
1.收集标定数据：在进行激光雷达标定之前，需要收集一系列的标定数据。
这些数据通常来自于已经标定好的参考系统或者通过人工测量获得的真实环境数据。
标定数据包括激光雷达的三维点云数据以及对应的真实坐标信息。
2.数据预处理：收集到的激光雷达数据需要进行预处理，包括去除杂点、补全缺失数据等。
同时，还需要对激光雷达的内部参数进行估计，例如激光雷达的扫描频率、水平角度分辨率等。
3.选择标定模型：在进行标定之前，需要选择适合的标定模型。
常用的标定模型包括仿射模型、多项式模型、投影模型等。
选择合适的标定模型可以更好地拟合激光雷达的测量误差。
4.优化标定参数：标定的过程就是通过最小化标定误差来优化标定参数的过程。
采用优化算法，通过不断迭代调整标定参数，使得激光雷达的输出数据与真实环境的坐标之间的误差最小。
5.标定验证：标定完成后，需要对标定结果进行验证。
通常会将标定结果应用于实际的自动驾驶系统中，通过与参考系统或者实际环境进行比对，评估标定的效果。
需要注意的是，车载激光雷达标定是一个复杂且繁琐的过程，需要考虑到激光雷达的物理结构、系统误差以及环境因素等多个因素的影响。
因此，在进行标定之前，需要对车载激光雷达的工作原理和特性进行充分了解，并借助专业的标定工具和方法来提高标定的准确性和可靠性。
车载激光移动测量系统标定场建设研究
车载激光移动测量系统标定场建设研究车载激光雷达移动测量系统检校场建设及系统参数标定研究张亮，何洁（湖南省第一测绘院，湖南衡阳 421001）[摘要]：探讨了车载激光雷达移动测量系统检校场应满足的环境条件，以Lynx Mobile Mapper 系统为例，介绍了系统检校场建设的步骤、方法以及如何进行系统参数的标定工作。
经过数据测试和统计分析，证明了系统检校场建设合理，能够满足该系统相关参数的标定要求。
[关键词]：车载激光雷达移动测量系统；检校场；检校点；参数标定；激光点云1 检校场建设目的车载激光雷达移动测量系统一般包括全球定位系统（GPS），激光扫描器（LIDAR）、惯性测量单元（IMU）和道路编码器（DMI）等设备，通常都集成安装于汽车上，道路编码器（DMI）安装在汽车轮胎上，其他设备安装于汽车顶部。
车载激光雷达移动测量系统在使用前必须经过检校，目的是标定激光扫描器相对于全球定位系统（GPS）的三维坐标及惯性测量单元（IMU）中心的倾角偏移量，具体有X偏移（dX）、Y偏移(Dy)、Z偏移（dZ）、侧滚角偏移（Roll）、航向角偏移（Heading）和俯仰角偏移（Pitch）六个偏移参数。
其原理是对一定数量的已知坐标的靶标进行数据采集，根据采集的数据反求激光扫描器的六个偏移参数，同时测定整个系统在当前参数状态下测量能够达到的绝对精度。
许多学者都进行过国内机载和车载LIDAR 移动测量系统参数标定的研究工作[1-8]，提出了很多较好的方法。
本文以我院购置的加拿大山猫激光雷达移动测量系统（Lynx Mobile Mapper）为例，介绍如何进行检校场的建设以及如何标定系统参数。
该系统部分性能标称指标见表1。
表1 Lynx Mobile Mapper 系统性能标称指标测距能力（12Km大气能见度）100m @20%目标反射率140m @40%目标反射率180m @70%目标反射率200m @80%目标反射率建筑物测高能力，超低反射率（设玻璃幕墙反射率为20%）车距离建筑物10米，99.3米测高能力；车距离建筑物20米，97.3米测高能力；车距离建筑物40米，88.9米测高能力；车距离建筑物50米，82.1米测高能力；IMU/DPGS系统POS-LV 220系统，使用FSAS光纤陀螺绝对精度+/- 5cm(1 sigma)测距分辨率+/- 8mm(1 sigma)点分辨率小于10cm(10m距离，50公里时速）最大行驶速度100km/h2 检校场的选择为了准确的求解系统相关参数，必须根据Lynx Mobile Mapper 系统特点，选定符合特定条件的校检场地。
一种车载三维激光雷达系统外参的系统化标定方法[发明专利]
![一种车载三维激光雷达系统外参的系统化标定方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/d30363abf7ec4afe05a1dfaa.png)
专利名称：一种车载三维激光雷达系统外参的系统化标定方法专利类型：发明专利
发明人：蔡英凤,陆子恒,李祎承,王海,孙晓强,袁朝春
申请号：CN202010472472.2
申请日：20200529
公开号：CN111693968A
公开日：
20200922
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种车载三维激光雷达系统外参的系统化标定方法，包括数据采集部分、数据前处理部分以及数据后处理优化部分。
所述数据采集部分为利用特制靶标以及三维激光雷达获取所需的点云数据；所述数据前处理部分获取靶标的空间运动轨迹；所述数据后处理优化部分为利用ICP 配准算法对靶标的空间运动轨迹进行优化，得到三维激光雷达之间位置关系的精确值。
本发明利用物体空间轨迹完成激光雷达标定，仅使用一个特制靶标，无需考虑标定过程中的时间同步问题，能够有效降低标定成本和复杂程度，提高标定的自动化程度。
申请人：江苏大学
地址：212013 江苏省镇江市京口区学府路301号
国籍：CN
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顾及平面特征的车载激光扫描系统外参数标定法
顾及平面特征的车载激光扫描系统外参数标定法张海啸;钟若飞;孙海丽【期刊名称】《测绘学报》【年(卷),期】2018(047)012【摘要】激光扫描仪外参数的标定是获取高精度三维地理信息数据的前提和保障.传统标定方法大多需布设特定的检校场、人工采集检校点,求解过程计算量较大.基于此,本文提出通过采集不同车行方向的同一区域的点云数据,提取平面特征数据并进行平面特征数据的自动化配准,对多个不同角度的平面特征的共同检校,实现三维空间中不同车行方向采集的相同地物点云的重合,最终完成系统外参数的标定的方法.试验结果显示,该方法对车载激光扫描系统外参数的标定实现了自动化,减少人工参与且达到了较高的检校精度.【总页数】10页(P1640-1649)【作者】张海啸;钟若飞;孙海丽【作者单位】首都师范大学资源环境与旅游学院,北京100048;首都师范大学北京成像技术高精尖创新中心,北京100048;首都师范大学三维数据获取与应用重点实验室,北京100048;首都师范大学资源环境与旅游学院,北京100048;首都师范大学北京成像技术高精尖创新中心,北京100048;首都师范大学三维数据获取与应用重点实验室,北京100048;首都师范大学资源环境与旅游学院,北京100048;首都师范大学北京成像技术高精尖创新中心,北京100048;首都师范大学三维数据获取与应用重点实验室,北京100048【正文语种】中文【中图分类】P234【相关文献】1.车载GPS／IMU／LS激光扫描系统的外参数标定研究 [J], 陈为民;聂倩;文学东;2.船载三维激光扫描系统安置参数标定方法 [J], 徐文学;田梓文;周志敏;臧玉府;郭锴;刘焱雄3.车载激光扫描仪外参数标定方法设计与实现 [J], 姚连璧;汪志飞;孙海丽4.车载三维激光扫描系统外参数标定研究 [J], 褚智慧;段昌龙5.三维激光扫描系统参数标定及成像测试 [J], 李晋;刘家顺;黄苏军;谢尚佐;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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惯导坐标系之间 的 关 系 刚 性 固 定，它 们 之 间 的 平
移
与
旋
转
关
系
分
别
用
ａＩＭＵ Ｌ
与
ＲＩＭＵ Ｌ
表 示，地 物 点
在 惯 导 坐 标 系 下 的 坐 标 可 通 过 式 （１）得 到 ：
ＸＩＭＵ
＝
ａＩＭＵ Ｌ
＋ＲＩＬＭＵＸＬ
（１）
式中，ＸＩＭＵ 表 示 地 物 点 Ｐ 在 惯 导 坐 标 系 下 的 坐
ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｕｎｉｔ，ＩＭＵ）之 间 的 关 系 刚 性 固 定，
如图 ２ 所 示。 图 ２ 涉 及 三 个 坐 标 系，分 别 为 激 光
扫描 仪 坐 标 系 （图 ２ 中 “激 光 扫 描 ”对 应 的 坐 标
系）、惯 导 坐 标 系 （图 ２ 中 “ＩＭＵ”处 对 应 的 坐 标
系）以及 ＷＧＳ８４ 坐 标 系。 激 光 扫 描 仪 坐 标 系 与
无地面控制点的车载激光扫描系统外标定方法
闫 利１ 刘 华１ 陈 长 军１ 曹 亮１
１ 武汉大学测绘学院，湖北 武汉，４３００７９
摘 要：车 载 激 光 扫 描 技 术 能 够 高 效 率 、高 精 度、低 成 本 地 获 取 城 市 三 维 地 理 数 据 ，是 最 先 进 的 三 维 地 理 数 据 获 取 手 段 之 一 。 车 载 激 光 扫 描 系 统 的 精 确 外 标 定 是 获 取 高 精 度 车 载 激 光 点 云 的 前 提 ；通 常 采 用 建 立 三 维 控 制 场的方法对车载激光扫描仪进行外标定，该方法灵活 性 差，且 需 要 耗 费 大 量 人 力 物 力 建 立 三 维 控 制 场 。针 对 此，提出一种无需地面控制点的车载激光扫描系统外标定 模 型 及 参 数 解 算 方 法 ，该 方 法 利 用 车 载 激 光 扫 描 系 统对同一地物多次扫描的激光点云需重合作为约束条件，使用 ＬＭ（Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ－Ｍａｒｇｕａｒｄｔ）最优化算 法 解 算 标 定 参 数 ，使 用 该 方 法 对 车 载 激 光 扫 描 系 统 进 行 了 外 标 定 ，并 用 实 测 控 制 点 验 证 了 标 定 后 系 统 的 定 位 精 度 。 关 键 词 ：车 载 激 光 扫 描 ；ＧＰＳ／ＩＮＳ；外 标 定 ；无 控 制 点 中 图 法 分 类 号 ：Ｐ２３１；Ｐ２４６ 文 献 标 志 码 ：Ａ
１ 车载激光扫描系统定位原理
在车载激光扫描系统中，ＧＰＳ／ＩＮＳ 组 合 定 位
定姿系统提供平 台 的 绝 对 位 置 与 姿 态，激 光 扫 描
仪提供地物相对于激光扫描仪坐标系的相对测量
信息。设地面点 Ｐ 在激光扫描仪坐标系下的坐
标为 ＸＬ，激 光 扫 描 仪 与 惯 性 测 量 单 元 （ｉｎｅｒｔｉａｌ
车载激光扫 描 系 统 是 多 传 感 器 集 成 系 统，可 在移动平 台 中 搭 载 激 光 扫 描 仪、相 机、ＧＰＳ／ＩＮＳ 组合定位定姿系 统 等 传 感 器，在 移 动 平 台 的 移 动 过 程 中，获 取 道 路 及 周 边 地 物 的 位 置 与 属 性 信 息［１，２］；ＧＰＳ／ＩＮＳ组合 定 位 定 姿 系 统 确 定 车 载 平 台相对全局坐标 系 的 位 置 与 姿 态，激 光 扫 描 仪 获 取地物相 对 于 激 光 扫 描 仪 自 身 坐 标 系 的 位 置 信 息 。 ［３］ 通常，激光 扫 描 仪 坐 标 系 与 惯 导 坐 标 系 的 坐标原点与坐标 轴 指 向 不 完 全 一 致，需 要 经 过 平 移与旋转操作才能实现激光扫描数据与定位定姿 数据的融合，且需 对 坐 标 系 之 间 的 平 移 与 旋 转 进 行严格标定，这个 过 程 即 为 车 载 激 光 扫 描 系 统 的 外标定 。 ［４，５］ 未 经 严 格 标 定 的 车 载 激 光 扫 描 系 统 ，其 获 取 的 激 光 点 云 精 度 无 法 保 证 ，直 观 表 现 为 两次对同 一 区 域 建 筑 物 扫 描 的 激 光 点 云 不 能 重 合，墙面存在 明 显 偏 移，如 图 １ 所 示。 图 １（ａ）为 车载激光扫描系统对同一区域进行两次扫描的激 光点云按 高 程 渲 染 俯 视 图，图 １（ｂ）为 局 部 放 大 图，图１中两次扫 描 的 建 筑 物 存 在 明 显 的 不 重 合 现 象 （两 次 扫 描 的 墙 面 之 间 存 在 明 显 间 隔 ）。
第４０卷 第８期 ２０１５ 年 ８ 月
武汉大学学报·信息科学版 Ｇｅｏｍａｔｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ｏｆ Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｖｏｌ．４０ Ｎｏ．８ Ａｕｇ．２０１５
ＤＯＩ：１０．１３２０３／ｊ．ｗｈｕｇｉｓ２０１３０７８２
文 章 编 号 ：１６７１－８８６０（２０１５）０８－１０１８－０５
标；ａＩＬＭＵ 是 激 光 扫 描 仪 坐 标 系 到 惯 导 坐 标 系 的 平
移参数；ＲＩＬＭＵ 是激光扫描仪坐标系到惯导坐标系
收 稿 日 期 ：２０１３－１２－１６ 项 目 来 源 ：国 家 科 技 支 撑 计 划 资 助 项 目 （２０１２ＢＡＪ２３Ｂ０３）。 第一作者：闫利，教授，主要从事摄影测量与遥感以及激光雷达技术研究 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｙａｎ＠ｓｇｇ．ｗｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
第 ４０ 卷 第 ８ 期
闫 利 等 ：无 地 面 控 制 点 的 车 载 激 光 扫 描 系 统 外 标 定 方 法