激光扫描仪归位方法及激光扫描仪与流程

本发明涉及激光扫描领域，特别涉及一种激光扫描仪归位方法及激光扫描仪。

背景技术：

激光扫描仪是一种采用非接触式测量方法来获得高精度扫描数据的设备，而三维激光扫描仪可以获取三个维度的全景扫描图像，因此广泛的应用于众多领域。

为便于数据处理，通常将三维激光扫描仪置于三维坐标系中，获取数据时保持XOY平面不动，使镜头绕Z轴旋转180度来获取静态场景点云。受激光扫描仪扫描角度及安装方位的限制，实现大范围静态场景扫描通常需要利用两台或多台扫描仪同时进行，并且在扫描完成后拼接成完整的场景点云。为保证场景点云拼接的连续性和精确度，在三维激光扫描仪开始扫描之前需要对多台激光扫描仪进行标定，将多台扫描仪标定到标准三维坐标系中。

多台激光扫描仪标定时需要利用标定变换矩阵，标定变换矩阵对扫描仪的方位非常敏感，如果扫描仪的位置发生改变，变换矩阵就会随之发生变化。在实际应用中，遇到断电、软件故障等异常情况时，激光扫描仪会偏离初始标定位置，原有变换矩阵将不再适用，在这种情况下，激光扫描仪继续工作就无法保障扫描数据的正确获取。

技术实现要素：

本发明实施例中提供了一种激光扫描仪归位方法及激光扫描仪，能提高激光扫描仪的工作效率。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

一方面，提供了一种激光扫描仪归位方法，所述方法包括：

获取初始位置处的拼接后复位图像；

将所述拼接后复位图像沿行方向平移，每平移一次，获取一个拼接后复位图像与拼接后标定图像的峰值信噪比；

当所述拼接后复位图像的平移量为拼接后标定图像的列数时，获取所述多个峰值信噪比中的最大峰值信噪比；

获取所述最大峰值信噪比对应的复位平移量；

根据所述复位平移量获取复位角度；

根据所述复位角度，转动激光扫描仪至标定位置。

可选的，所述方法还包括：

系统初始化时，获取标定图像；

将获取的所述标定图像拼接为拼接后标定图像。

可选的，所述获取初始位置处的拼接后复位图像，包括：

使所述激光扫描仪获取所述初始位置处的复位图像；

将获取的所述复位图像拼接为拼接后复位图像；

可选的，所述行方向为扫描仪旋转方向；

所述列方向为扫描仪视场角度方向。

可选的，将所述拼接后复位图像沿行方向平移，每平移一次的平移量为一个像素。

可选的，所述拼接后复位图像与拼接后标定图像的峰值信噪比为：

其中，I₁(i,j)为拼接后标定图像在坐标(i,j)处的像素值，I₂(i,j)为拼接后复位图像在坐标(i,j)处的像素值，n1为参考图像的起始行，n2为参考图像的结束行，width为拼接后标定图像的列数，所述参考图像为拼接后标定图像的部分或全部。

可选的，所述根据所述复位平移量获取复位角度，包括：

获取单个像素对应的旋转角度；

根据所述复位平移量和单个像素对应的旋转角度，获取复位角度。

第二方面，提供了一种激光扫描仪，所述扫描仪包括：

图像处理单元，用于获取初始位置处的拼接后复位图像；

数据处理单元，用于将所述拼接后复位图像沿行方向平移，每平移一次，获取一个拼接后复位图像与拼接后标定图像的峰值信噪比；

所述数据处理单元还用于当所述拼接后复位图像的平移量为拼接后标定图像的列数时，获取多个所述峰值信噪比中的最大峰值信噪比；

所述数据处理单元还用于获取所述最大峰值信噪比对应的复位平移量；

所述数据处理单元还用于根据所述复位平移量获取复位角度；

机械单元，用于根据所述复位角度，转动激光扫描仪至标定位置。

可选的，所述数据处理单元获取的拼接后复位图像与拼接后标定图像的峰值信噪比为：

其中，I₁(i,j)为拼接后标定图像在坐标(i,j)处的像素值，I₂(i,j)为拼接后复位图像在坐标(i,j)处的像素值，n1为参考图像的起始行，n2为参考图像图像的结束行，width为拼接后标定图像的列数，所述参考图像为拼接后标定图像的部分或全部。

可选的，所述数据处理单元根据所述复位平移量获取复位角度，包括：

所述数据处理单元获取单个像素对应的旋转角度；

所述数据处理单元根据所述复位平移量和单个像素对应的旋转角度，获取复位角度。

本发明的实施例中公开了一种激光扫描仪归位方法，所述方法中，通过拼接后复位图像与拼接后标定图像之间的差异来调整激光扫描仪的角度，使归位后激光扫描仪与初始化的激光扫描仪的标定位置完全相同，无需调整变换矩阵即可以继续扫描，因此可以提高激光扫描仪的精度，同时，由于无需调整变换矩阵，也节约了时间，提高了效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明实施例的激光扫描仪归位方法的流程图；

图2所示为本发明实施例的激光扫描仪归位方法的流程图；

图3所示为本发明实施例的激光扫描仪的结构示意图。

具体实施方式

本发明如下实施例提供了一种激光扫描仪归位方法，能提高激光扫描仪的

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1所示为本发明实施例的激光扫描仪归位方法的流程图，如图1所示，所述方法包括：

步骤101，获取初始位置处的拼接后复位图像。

在断电、软件故障、硬件故障等异常情况时，或者激光扫描仪重启时，如果要利用原有的标定矩阵，则需要将激光扫描仪恢复至原始的标定位置。本发明实施例中，激光扫描仪故障火重启时所在的位置成为初始位置。

将激光扫描仪从初始位置恢复至标定位置可以通过传动单元或者机械单元来完成，但由于机械误差或传动误差等的存在，仅靠传动单元或机械单元来完成复位后，激光扫描仪的复位位置和激光扫描仪的标定位置之间可能会有少许的误差，因此还需要微调。

在步骤101之前，所述方法还包括：

系统初始化时，获取标定图像；

将获取的所述标定图像拼接为拼接后标定图像。

本发明实施例中，激光扫描仪扫描视场接近360度，扫描仪镜头绕Z轴旋转180度，从而实现360度全景扫描。激光扫描仪保存的数据也由两个方向的180度场景点云组成，因此，本发明实施例中，每一幅扫描图像都需要对其中一个180度的原始图像进行翻转，然后将两个180度扫描图像拼接成完整的360度全景图像。

本发明实施例中，获取的标定图像也是两个180度图像，因此也需要将其中一个标定图像翻转，并将两个标定图像拼接为拼接后标定图像。

拼接后标定图像的行方向为扫描仪旋转方向，列方向为扫描仪视场角度方向。

与上述标定图像相似，复位图像也有两部分，需要将其中一部分旋转，并将两部分拼接为拼接后复位图像。

步骤102，将拼接后复位图像沿行方向平移，每平移一次，获取一个拼接后复位图像与拼接后标定图像的峰值信噪比。

本发明实施例中，将所述拼接后复位图像沿行方向平移，每平移一次的平移量为一个像素或多个像素。

在本发明其他实施例中，将所述拼接后复位图像沿行方向平移，每平移一次的平移量也可以是多个预设像素，例如两个像素、三个像素。

本发明实施例中，拼接后复位图像与拼接后标定图像的峰值信噪比为：

其中，I₁(i,j)为拼接后标定图像在坐标(i,j)处的像素值，I₂(i,j)为拼接后复位图像在坐标(i,j)处的像素值，n1为参考图像的起始行，n2为参考图像的结束行，width为拼接后标定图像的列数，所述参考图像为拼接后标定图像的部分或全部。

本发明实施例中，参考图像是截取了拼接后标定图像的一部分，针对三维激光扫描仪成像特性，通常选取拼接后图像row/2附近的像素计算图像峰值信噪比，提高算法处理速度，其中row为拼接后标定图像的行数。

采用参考图像是为了节约计算量，提高效率。

本发明实施例中，在三维坐标系中，激光扫描仪获取数据时保持XOY平面不动，使镜头绕Z轴旋转来获取静态场景点云，即拼接后标定图像的起始行也是拼接后复位图像的起始行，拼接后标定图像的结束行也是拼接后复位图像的结束行，同理，width为拼接后标定图像的列数，也是拼接后复位图像的列。

步骤103，将拼接后复位图像平移至拼接后标定图像后，获取多个峰值信噪比中的最大峰值信噪比。

步骤104，获取最大峰值信噪比对应的复位平移量tran。

步骤105，根据复位平移量获取复位角度。

本发明实施例中，复位平移量是像素值，因此需要根据激光扫描仪旋转角度与成像大小，计算出单个像素所对应的角度alpha，设拼接后标定图像列数为width，则激光扫描仪的复位角度β＝tran*alpha，其中tran为步骤105中获取的复位平移量。

步骤107，根据复位角度，转动激光扫描仪至标定位置。

本发明实施例的激光扫描仪的复位精度与拼接后标定图像的列数width有关，将所述拼接后复位图像沿行方向平移，如果每次平移一个像素，复位精度可以达到一个像素，换算为角度即单个像素对应的角度例如，若拼接后标定图像的像素为7200*4200，则复位精度为：(360/7200)＝0.05度。如果每次平移为n个像素，则复位精度为(360/7200)*n度。

本发明实施例的激光扫描仪归位方法中，通过初始位置的拼接后复位图像与标定位置处的拼接后标定图像之间的差异来调整激光扫描仪的角度，使归位后激光扫描仪与初始化时的激光扫描仪的标定位置完全相同，因此无需调整变换矩阵即可以继续扫描，可以提高激光扫描仪的精度，同时，由于无需调整变换矩阵，也节约了时间，提高了效率。

图2所示为本发明实施例的扫描仪归位方法的流程图，如图2所示，所述方法包括：

步骤201，系统初始化时，获取标定图像，将获取的标定图像拼接为拼接后标定图像。

步骤202，判断激光扫描仪是否需要归位，若需要归位，转至步骤203，若不需要归位，转至步骤208。

步骤203，获取初始位置处的拼接后复位图像。

步骤204，将拼接后复位图像沿行方向平移，每平移一次，获取一个拼接后复位图像与拼接后标定图像的峰值信噪比。

步骤205，当拼接后复位图像的平移量为拼接后标定图像的列数时，获取多个峰值信噪比中的最大峰值信噪比。

步骤206，获取最大峰值信噪比对应的复位平移量，根据复位平移量获取复位角度。

步骤207，根据复位角度，转动激光扫描仪至标定位置。

步骤208，激光扫描仪继续扫描。

本发明实施例的激光扫描仪归位方法，归位后无需调整变换矩阵，归位精度高，效率高。

和上述激光扫描仪归位方法相对应，本发明实施例还提供了一种可以应用上述归位方法的激光扫描仪，如图3所示，所述激光扫描仪包括：

图像处理单元301，用于获取初始位置处的拼接后复位图像；

数据处理单元302，用于将所述拼接后复位图像沿行方向平移，每平移一次，获取一个拼接后复位图像与拼接后标定图像的峰值信噪比；

所述数据处理单元302还用于当所述拼接后复位图像的平移量为拼接后标定图像的列数时，获取多个峰值信噪比中的最大峰值信噪比；

所述数据处理单元302还用于获取所述最大峰值信噪比对应的复位平移量；

所述数据处理单元302还用于根据所述复位平移量获取复位角度；

机械单元303，用于根据所述复位角度，转动激光扫描仪至标定位置。

本发明实施例的激光扫描仪可以自动归位，且归位精度高，效率高。

本发明实施例的激光扫描仪中，所述数据处理单元302获取的拼接后复位图像与拼接后标定图像的峰值信噪比为：

其中，I₁(i,j)为拼接后标定图像在坐标(i,j)处的像素值，I₂(i,j)为拼接后复位图像在坐标(i,j)处的像素值，n1为参考图像的起始行，n2为参考图像图像的结束行，width为拼接后标定图像的列数，所述参考图像为拼接后标定图像的部分或全部。

所述数据处理单元302根据所述复位平移量获取复位角度，包括：

所述数据处理单元获取单个像素对应的旋转角度；

所述数据处理单元根据所述复位平移量和单个像素对应的旋转角度，获取复位角度。

本发明实施例的激光扫描仪可以自动归位，且归位精度高，效率高。

本发明的实施例中公开了一种激光扫描仪归位方法和激光扫描仪，所述归位方法中，通过拼接后复位图像与拼接后标定图像之间的差异来调整激光扫描仪的角度，使归位后激光扫描仪与初始化的激光扫描仪的标定位置完全相同，无需调整变换矩阵即可以继续扫描，因此可以提高激光扫描仪的精度，同时，由于无需调整变换矩阵，也节约了时间，提高了效率。本发明实施例还公开了一种可以应用上述归位方法的激光扫描仪，可以自动归位，且归位后精度高，效率高。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，通用硬件包括通用集成电路、通用CPU、通用存储器、通用元器件等，当然也可以通过专用硬件包括专用集成电路、专用CPU、专用存储器、专用元器件等来实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。