，
[0051]kp2/2+p}
[0052]对于圆柱面参数的拟合,可以采用LevenbergM arquardt方法求解该非线性最小二乘解。
[0053]基于Levenberg-Marquardt方法的非线性最小二乘求解的关键在于拟合初值的选取，即尽可能地将初值近似于真实解。否则会影响迭代求解速度和精度，甚至会导致迭代发散，得不到正确的解。因此这里采用高斯映射法获取初始值。高斯映射是指将曲面上任一点的单位法向量的起点平移到坐标原点的过程。圆柱体(不包括两个端部)的高斯图是高斯球上过坐标原点的一个平面与高斯球所交圆弧曲线上的点集，因此圆柱体轴线向量与其高斯图所在平面的法向量平行。为了获取较好的初值，利用圆柱体轴线方向向与其高斯图所在平面的法向量平行的特性。首先在高斯图上通过求取过高斯图坐标系原点的平面，确定圆柱体轴线的方向向量。其次，在轴线方向向量已知的情况下，将点投影到过原点且法向量为轴向方向的平面上。并利用基于Hough变换的圆检测方法对投影点集进行拟合，求取圆柱体轴线上一点的坐标及各圆柱体半径。
[0054]具体步骤如下:
[0055](I)生成圆柱体高斯图
[0056]圆柱高斯图是测量点的单位法向量的集合，所以高斯图的计算过程就是计算测量点的单位法向量。为了提高法向量的计算精度，采用二次曲面拟合的办法来实现单位法向量的计算。一般二次曲面方程为:
[0057]F(x，y，z) = anx2+a22y2+a33z2+a12xy+a23yz+a13zx+a14x+a24y+a34z+a44 = O (8)
[0058]令
[0059]F1 (χ, y, z) = anx+a12y+a13z+a14
[0060]F2 (x, y, ζ) = a12x+a22y+a23z+a24
[0061]F3 (χ, y, ζ) = a13x+a32y+a33z+a34
[0062]F4 (χ, y, ζ) = a14x+a42y+a43z+a44
[0063]二次曲面在非奇点(xi; yi； Zi)处的切平面为
[0064](X-Xi)F1 (Xi, yi； Zi)+ (Yii)F2(Xi, Yi, Zi)+ (Z-Zi)F3(Xi, yi； Zi) = 0(9)
[0065]故二次曲面上任意一点的(Xpy^zi)的法向量ni 为(F1 (Xi, yi; Zi), F2 (Xi, yi; Zi),F3(xi; Yi, Zi)) ,二次曲面拟合采用线性最小二乘法。
[0066](2)确定轴向参数初值
[0067]设轴向a = (I, m, η),则通过二次曲面点的方向拟合轴向,拟合方程组为a.η? =0，即:
[0068]IF1 (Xi, yi, Zi)+m F2 (Xi, yi； Zi)+n F3Ui, Yi, Zi) = O(10)
[0069]同样采用线性最小二乘拟合法得到轴向a，进而确定参数Ψ，Θ及α的初值。
[0070](3)确定圆柱轴线某一点坐标和半径初值将点投影到过原点且法向量为a的平面上，并利用基于Hough变换的圆检测方法对投影点集进行拟合，可以确定圆心和圆半径(即圆柱半径)的初值Re。最后将获取的平面圆心变换到原始坐标系中记为(V从而可以确定参数k和P的初值，其中k = I/R0, Q = 1000 1-R。。
[0071]结合以上算法进行圆柱的拟合和图案的提取，可以精确的确定圆柱的中轴线的位置，集合装置制造时候的精确的参数可以计算出拟合圆柱位置和棱镜位置的转换关系，从而计算点云的转换参数。
【主权项】
1.一种新型的圆柱形三维激光测量装置，其特征在于，包括:标靶采用圆柱形设计，标靶表面采用特殊的矿物染料涂抹，能够提高激光雷达的发射效率，同时便于测量人员的识另IJ。位置固定的情况下，可以在不同方向同时观测标靶，同时增加可以照准控制点标志的普通底座，在保证精度的同时可以提高测量效率，同时标靶设置有圆水准气泡，用于标靶的整平操作，同时又增加了顶部的棱镜照准装置，可以实现激光雷达和全站仪的联系测量，减少外业工作量，圆柱标靶整体采用工程材料制作，结实耐用，不易变形；提高点云的拼接和坐标转换的精度。既可以和普通的棱镜一样使用，但是更方便。
2.如权利要求1所述的一种新型的圆柱形三维激光测量装置，其特征在于，所述的一种新型的圆柱形三维激光测量装置采用圆柱形设计，圆柱整体采用工程材料一次性成型制作，不易变形。
3.如权利要求1所述的一种新型的圆柱形三维激光测量装置，其特征在于，所述的一种新型的圆柱形三维激光测量装置，标靶表面采用特殊的矿物染料涂抹，用来提高观测人员对标靶的识别能力和提高激光雷达的反射效率，可以显著的提高测量的准确性。
4.如权利要求1所述的一种新型的圆柱形三维激光测量装置，其特征在于，所述的一种新型的圆柱形三维激光测量装置，标靶表面采用符合算法的设计图案绘制，图案特点明显，可以提高观测人员对标靶的识别，方便算法的识别，可以显著的提高测量的准确性。
5.如权利要求1所述的一种新型的圆柱形三维激光测量装置，其特征在于，所述的一种新型的圆柱形三维激光测量装置在位置固定的情况下，可以从多角度同时观测标靶，同时增加可以照准控制点标志的普通底座，在保证精度的同时可以提高测量效率，可以实现激光雷达和现有控制点的联系测量，减少外业工作量，也可以保证点云转换效率和精度。
6.如权利要求1所述的一种新型的圆柱形三维激光测量装置，其特征在于，所述的一种新型的圆柱形三维激光测量装置设置圆水准气泡和水准管用于装置的整平操作。
7.如权利要求1所述的一种新型的圆柱形三维激光测量装置，其特征在于，所述的一种新型的圆柱形三维激光测量装置的照准部(反射棱镜)实现激光雷达和全站仪的联系测量，使测量更加方便、准确。
8.如权利要求1所述的一种新型的圆柱形三维激光测量装置，其特征在于，所述的一种新型的圆柱形三维激光测量装置的照准部和标靶圆柱中轴线完全重合，发射棱镜坐标中心在圆柱的中轴线上，距离固定，计算参数固定。
9.如权利要求1所述的一种新型的圆柱形三维激光测量装置，其特征在于，所述的一种新型的圆柱形三维激光测量装置的自动提取算法，结合特有的图案设计，提出特有的基于圆柱高斯图的圆柱拟合方法，圆柱拟合精度更高，更准确。
10.如权利要求1所述的一种新型的圆柱形三维激光测量装置，其特征在于，所述的一种新型的圆柱形三维激光测量装置的自动提取算法，结合装置设计的参数，可以显著地提高和已知控制点和全站仪测量数据的转换速度，稳定、快速。
【专利摘要】本发明公开了一种圆柱形测量装置与自动识别算法，包括：整体结构的圆柱形标靶主体、底座、连接柱以及上部的照准棱镜，装置表面采用特殊的矿物染料涂抹。标靶圆柱和底座之间通过连接柱链接，底座一端为链接连接柱的凹槽，可以固定连接柱位置不转动，另一端设置有螺丝孔，可以和三脚架链接，用于将整个标靶圆柱固定在三角架上。在位置固定的情况下，可以在不同方向同时观测标靶；同时可以链接带有照准控制点标志的普通底座，也包含有全站仪反射棱镜。加入新的自动识别算法，可以提高提取的精度，在保证精度的同时可以提高测量效率，从而实现激光雷达和全站仪的联系测量，减少外业工作量，也可以保证点云转换的精度。
【IPC分类】G01C15-00, G01B11-00
【公开号】CN104596411
【申请号】CN201410635825
【发明人】郭明, 赵有山, 潘登, 周俊召
【申请人】北京建筑大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年11月5日