一种多用途球形测量装置与自动提取算法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种多用途球形测量装置与自动提取算法
【背景技术】
[0002] 三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 测对象表面的三维坐标数据，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。在目前的工 程应用中，测量目标物的点云信息，往往需要进行和全站仪的联测，从而实现点云数据和区 域控制点坐标的联合，将点云数据转化到区域坐标系下。目前实际工程中采用的各种方法 比较麻烦，转换精度比较低，更不可能进行多余观测进行数据质量检测。
[0003] 常规圆棱镜由玻璃体、棱镜框、横轴（水平轴）、竖轴（垂直轴）、U型架、棱镜座等 部件组成，常规棱镜可绕水平轴（即棱镜横轴）俯仰转动，也可在测量时绕垂直轴（即棱镜 竖轴）转动。理论上要求棱镜无论怎样转动横轴和竖轴的中心延长线必须交于一点，测量 光反射中心也要交于这一点，即机械旋转点和测量点始终保持一致，不会产生水平和垂直 移动，但实际加工出的圆棱镜很难做到。这样圆棱镜就带入了自身的误差，互换使用后的误 差就更大。
[0004] 在对目标点进行观测时，实际上就是观测代表目标点的棱镜中心。任何目标点都 存在需要从不同的位置对它进行观测的要求。要实现多个角度观测并不难，只需要棱镜能 旋转就可以实现，常规圆棱镜当然也能旋转，但是常规圆棱镜在棱镜各向异性要求上（从 同一位置对以不同的上、下、左、右小角度偏转的棱镜进行测量，所获得的棱镜中心的三维 坐标值的差异）鲜有涉足，当旋转后圆棱镜中心代表的实际测量的物理中心位置就很难保 证一致。
【发明内容】
[0005] 本发明针对技术背景中的问题，克服以往的普通标靶的不足，发明一种新型的激 光雷达扫描标靶。标靶采用球形设计，内置全站仪激光反射棱镜，激光反射棱镜外部采用标 靶球同半径球形作为封盖，可以单独使用标靶或者棱镜，也可以组合使用。内置五个全站 仪反射棱镜，在保证标靶球位置固定的情况下，可以在不同方向同时观测标靶，保证精度的 同时可以提高测量效率，也可以实现激光雷达和全站仪的联系测量，减少外业工作量。从而 保证点云转换的精度。装置还可以作为普通的棱镜使用，但是比普通标靶更方便。
[0006] 本发明提供的技术方案为：
[0007] -种多用途球形测量装置，包括：
[0008] 标革巴球外壳、内置棱镜、棱镜盖、底座圆环。其中，棱镜盖和标革巴球之间米用圆形磁 铁吸附。标靶球底部设置连接螺旋，可以固定在常规测量基座上，也可以单独任意角度使 用，不需要固定，依靠自身重力安置于匹配的支撑底座上，方便使用。
[0009] 标靶球内部预置五个反射棱镜，其中顶部一个，四面各一个。反射棱镜采用内置卡 槽式结构，安装方便，而且可以保证棱镜中心在标靶球球心。
[0010] 标靶球采用整体工程材料制作，结实耐用，不易变形；
[0011]内置反射棱镜采用卡槽式装配手段，安装拆解方便，并且材料不易变形，标靶精度 高。标靶球内部采用一次成型技术，同时内部预留常规反射棱镜的标准玻璃体槽位，运用螺 旋阻挡的技术手段，保证玻璃体位置的正确安装与稳定。
[0012] 标靶内置的全站仪反射棱镜配有球形外罩，保证了仪器的摘卸方便。在激光扫描 仪使用标靶时将反射棱镜进行遮挡，防止了反射棱镜对激光扫描仪的损坏。
[0013] 标靶球底部设置连接螺旋，标靶球既可以凭借自身重力放置在预配底座圆环上， 也可以固定在普通测量底座上，从而可以在多种不同的环境条件下使用。
[0014] 标靶球表面最后测试使用的是象牙黑这种矿物染料涂抹，方便测量人员提取目 标，同时有益于提高三维激光扫描仪扫描的精度。
[0015] 测量中心严格位于球心，基于简单几何原理的对中概念，五个反射棱镜分别位于 四个互相垂直的立面中的一个面，竖直向上一个面，五个棱镜和标靶球圆心严格重合。
[0016] 标靶布设简单易行，重复设置极其简单，无需对中，无需整平；具有可靠的重复设 置精度，无需维护；适用于任意方向的观测；平面和高程观测严格归心，使用同一装置；可 以方便地放置在电杆、边墙上；
[0017] 采用球型棱镜取代常规圆棱镜，从根本上免除了棱镜对中和整平过程，同时提高 了棱镜在各方向获取数据的同一性，将高程测量与平面测量统一到相同物理基准上。
[0018] 所优选的是，所述的多用途球形测量装置与自动提取算法中，所述棱镜盖和标靶 球之间采用圆形磁铁连接。标靶球底部设置连接螺旋，既可以单独使用也可以用底部的连 接螺旋进行连接，使用方便灵活。
[0019] 所优选的是，所述的多用途球形测量装置与自动提取算法中，所述标靶球的内部 预置五个反射棱镜，其中顶部一个，四面各一个，并且保证棱镜中心位于标靶球的球心。
[0020] 所优选的是，所述的多用途球形测量装置与自动提取算法中，所述的标靶球整体 工程材料制作，结构性好，不易变形。
[0021] 所优选的是，所述的多用途球形测量装置与自动提取算法中，所述的内置反射棱 镜采用卡槽式装配方式，安装拆解方便，标靶精度较高。
[0022] 所优选的是，所述的多用途球形测量装置与自动提取算法中，所述激光扫描仪使 用标靶时将反射棱镜进行遮挡，防止了反射棱镜对激光扫描仪的损坏。
[0023] 所优选的是，所述的多用途球形测量装置与自动提取算法中，所述标靶球表面最 后测试使用的是象牙黑这种矿物染料涂抹，便于工作人员进行提取目标，同时有利于提高 三维激光扫描仪扫描的精度。
[0024] 所优选的是，所述的多用途球形测量装置与自动提取算法中，所述测量中心严格 位于球心并且五个棱镜中心和标革E球圆心严格重合。
[0025] 所优选的是，所述的多用途球形测量装置与自动提取算法中，所述标靶的布设无 需对中，无需整平，无需维护，适用于任意方向的观测。
[0026] 所优选的是，所述的多用途球形测量装置与自动提取算法中，所述的采用球型棱 镜取代常规圆棱镜，从根本上消除了棱镜对中和整平过程中的误差，从而将高程测量与平 面测量统一到相同的物理基准上。
[0027] 本发明中运用球形棱镜代替常规的圆棱镜，从根本上消除了棱镜的对中和整平 过程中的误差。增加了数据采集的准确度。本发明中标靶球表面使用象牙黑这种矿物染料 涂抹便于工作人员进行目标提取，且有利于提高三维激光扫描仪的扫描的精度。
【附图说明】
[0028] 图1为本发明所述的多用途球形测量装