CN107796370B - 用于获取转换参数的方法、装置及移动测图*** - Google Patents

用于获取转换参数的方法、装置及移动测图*** Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种用于获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数的方法、装置及移动测图***，其方法先根据扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的预估转换参数以及惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数生成大地坐标系下的预处理点云；之后获取选定的至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在预处理点云中的坐标；最后根据预估转换参数、惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数和至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在预处理点云中的坐标就可以获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数了。无需获取精确的初始转换参数，提升了外标定效率。

Description

用于获取转换参数的方法、装置及移动测图***
技术领域
本发明涉及移动测图技术领域，具体涉及一种用于获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数的方法、装置及移动测图***。
背景技术
移动测图***(Mobile Mapping System)是一种基于惯性导航***(InertialNavigation System，简称INS)、激光扫描仪与影像传感器集成的车载移动式快速数据采集***。采集车行进过程中，激光扫描仪不断扫描周边环境，并收集反射回来的原始扫描数据，车载处理器对原始扫描数据解码，获取激光扫描仪坐标系下的点的坐标及其对应的高精度扫描时间，并将激光扫描仪扫描该点时的POS数据(包括惯性导航***根据加速度计的输出数据解算出的运载体在惯性导航***坐标系中的速度、位置等信息)作为点的属性加到激光扫描仪坐标系下的点数据中，继而使用激光扫描仪坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数(包括三个平移参数、三个旋转参数)将激光扫描仪坐标系下的激光点与POS数据融合，再根据惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数(可由惯性导航***直接获取)得到大地坐标系下的激光点云，基于大地坐标系下的激光点云就可以构建出3D空间模型，进而绘制出采集车途经道路两侧的高楼大厦等地面物了。由此可见，大地坐标系下的高精度激光点云是准确构建3D空间模型的基础，而准确获取激光扫描仪坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数，也即对激光扫描仪外参数的准确标定是生成高精度激光点云至关重要的一步。
目前对激光扫描仪外参数的标定主要分为三个部分：(1)建立标定场，选定标定特征点并获取标定特征点在大地坐标系下的坐标；(2)使用激光扫描仪对标定场进行扫描获取原始扫描数据，对数据进行后处理获取标定特征点在激光扫描仪坐标系下的坐标；(3)选定坐标转换参数求解模型，使用标定特征点在激光扫描仪坐标系以及大地坐标系两个坐标系下的坐标，解算出激光扫描仪坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数，对激光扫描仪外参数进行标定。
其中获取标定特征点在激光扫描仪坐标系下的坐标主要包括如下步骤：1、解码原始扫描数据得到各地物点在激光扫描仪坐标系下的三维坐标、扫描时的激光反射强度以及扫描时刻的时间；2、使用全站仪测量坐标原点偏移量，使用机械加工中扫描仪的安装角度作为坐标轴旋转角度，以此获取激光扫描仪坐标系到惯性导航***坐标系的初始转换参数；3、使用初始转换参数将激光扫描仪坐标系下的激光点云转换到大地坐标系中，形成预处理点云，同时建立转换后坐标与转换前坐标的一一对应关系；4、将预处理点云可视化处理，在可视化界面中通过肉眼以及鼠标拾取的方式选中标定特征点，由于步骤3中建立了转换后坐标与转换前坐标的一一对应关系，由此可以找到标定特征点在激光扫描仪坐标系下的坐标。
可见现有技术中的激光扫描仪外参数标定，需要获取较为精准的激光扫描仪坐标系到惯性导航***坐标系的初始转换参数，如果初始转换参数不准确，有可能导致预处理点云出现变形，据此找到的标定特征点在激光扫描仪坐标系下的坐标自然也会出现偏差，而根据标定特征点在大地坐标系下的坐标和存在偏差的标定特征点在激光扫描仪坐标系下的坐标解算出的激光扫描仪坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数自然也是不准确的，根据该转换参数得到的标定后的大地坐标系下的激光点云显然也是存在变形的。
发明内容
因此，本发明实施例要解决的技术问题在于现有技术中激光扫描仪外参数的标定需要高精度的初始转换参数，而高精度的初始转换参数获取较为繁琐，难度较大。
为此，本发明实施例提供了如下技术方案：
本发明实施例提供了一种用于获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数的方法，包括：根据扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的预估转换参数以及惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数生成大地坐标系下的预处理点云；获取选定的至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在所述预处理点云中的坐标；根据所述预估转换参数、所述惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数和所述至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在所述预处理点云中的坐标，获取所述扫描测量***坐标系到所述惯性导航***坐标系的转换参数。
优选地，本发明实施例所述的方法，所述获取选定的至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在所述预处理点云中的坐标的步骤中，获取选定的至少三个标定特征点在大地坐标系和所述预处理点云中的坐标，并将每个所述标定特征点在大地坐标系和所述预处理点云中的坐标对应生成一个标定特征点坐标对。
优选地，本发明实施例所述的方法，所述根据所述预估转换参数、所述惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数和所述至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在所述预处理点云中的坐标，获取所述扫描测量***坐标系到所述惯性导航***坐标系的转换参数包括：
获取如下第一关系式
Figure BDA0001100245100000041
其中
Figure BDA0001100245100000042
为根据所述惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数得到的惯性导航***坐标系到大地坐标系的第一转换矩阵；
Figure BDA0001100245100000043
为根据所述预估转换参数得到的扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的预估转换矩阵；xLaser代表标定特征点在扫描测量***坐标系下的坐标，XPC代表标定特征点在预处理点云中的坐标；
获取如下第二关系式
Figure BDA0001100245100000044
其中
Figure BDA0001100245100000045
为描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的第二转换矩阵；XRTK代表标定特征点在大地坐标系下的坐标；
根据所述第一关系式和所述第二关系式得到如下第三关系式
Figure BDA0001100245100000051
根据所述至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在所述预处理点云中的坐标对所述第三关系式进行解算，获取所述扫描测量***坐标系到所述惯性导航***坐标系的转换参数。
优选地，本发明实施例所述的方法，所述第一关系式、所述第二关系式和所述第三关系式中不同坐标系之间的转换矩阵用如下公式表述：
Figure BDA0001100245100000052
其中
Figure BDA0001100245100000053
表示从坐标系a到坐标系b的三个欧拉旋转角
Figure BDA0001100245100000054
构成的旋转矩阵，
Figure BDA0001100245100000055
表示从坐标系a到坐标系b的三个平移参数，i＝1、2或3。
优选地，本发明实施例所述的方法，所述扫描测量***是激光扫描仪。
本发明实施例还提供了一种用于获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数的装置，包括：
预处理点云生成单元，用于根据扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的预估转换参数以及惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数生成大地坐标系下的预处理点云；对应坐标生成单元，用于获取选定的至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在所述预处理点云中的坐标；解算单元，用于根据所述预估转换参数、所述惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数和所述至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在所述预处理点云中的坐标获取所述扫描测量***坐标系到所述惯性导航***坐标系的转换参数。
优选地，本发明实施例所述的装置，所述对应坐标生成单元获取选定的至少三个标定特征点在大地坐标系和所述预处理点云中的坐标，并将每个所述标定特征点在大地坐标系和所述预处理点云中的坐标对应生成一个标定特征点坐标对。
优选地，本发明实施例所述的装置，所述解算单元包括：
第一关系式获取子单元，用于获取如下第一关系式
Figure BDA0001100245100000061
其中
Figure BDA0001100245100000062
为根据所述惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数得到的惯性导航***坐标系到大地坐标系的第一转换矩阵；
Figure BDA0001100245100000063
为根据所述预估转换参数得到的扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的预估转换矩阵；xLaser代表标定特征点在扫描测量***坐标系下的坐标，XPC代表标定特征点在预处理点云中的坐标；
第二关系式获取子单元，用于获取如下第二关系式
Figure BDA0001100245100000064
其中
Figure BDA0001100245100000065
为描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的第二转换矩阵；XRTK代表标定特征点在大地坐标系下的坐标；
第三关系式获取子单元，用于根据所述第一关系式和所述第二关系式得到如下第三关系式
Figure BDA0001100245100000071
解算子单元，用于根据所述至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在所述预处理点云中的坐标对所述第三关系式进行解算，获取所述扫描测量***坐标系到所述惯性导航***坐标系的转换参数。
优选地，本发明实施例所述的装置，所述第一关系式、所述第二关系式和所述第三关系式中不同坐标系之间的转换矩阵用如下公式表述：
Figure BDA0001100245100000072
其中
Figure BDA0001100245100000073
表示从坐标系a到坐标系b的三个欧拉旋转角
Figure BDA0001100245100000074
构成的旋转矩阵，
Figure BDA0001100245100000075
表示从坐标系a到坐标系b的三个平移参数，i＝1、2或3。
本发明实施例还提供了一种移动测图***，包括上述用于获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数的装置。
本发明实施例技术方案，具有如下优点：
本发明实施例提供了一种用于获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数的方法，先根据扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的预估转换参数以及惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数生成大地坐标系下的预处理点云；之后获取选定的至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在预处理点云中的坐标；最后根据预估转换参数、惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数和至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在预处理点云中的坐标就可以获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数了。也即无需获取从扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系之间的精确的初始转换参数，只需根据经验预估一个预估转换参数即可；也无需获取标定特征点在扫描测量***坐标系下的坐标，简化了获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数的流程，提升了对扫描测量***进行外标定的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例1中用于获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数的方法的一个具体实例的流程图；
图2为本发明实施例1用于获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数的方法中生成的预处理点云的一个具体实例的效果图；
图3为本发明实施例1用于获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数的方法中标定特征点位置的一个具体实例的示意图；
图4为本发明实施例1用于获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数的方法中预处理点云可视化处理后的一个具体实例的显示状态图；
图5为本发明实施例2中用于获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数的装置的一个具体实例的原理框图。
附图标记：
11-预处理点云生成单元；12-对应坐标生成单元；13-解算单元；131-第一关系式获取子单元；132-第二关系式获取子单元；133-第三关系式获取子单元；134-解算子单元。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供了一种用于获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数的方法，如图1所示，包括：
S1.根据扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的预估转换参数以及惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数生成大地坐标系下的预处理点云。优选地，扫描测量***可以为激光扫描仪(Laser)等具有扫描功能的设备，相应地扫描测量***坐标系此时即为激光扫描仪坐标系；惯性导航***(INS)是以陀螺和加速度计为敏感器件的导航参数解算***，该***根据陀螺的输出建立惯性导航***坐标系，根据加速度计的输出数据解算出运载体(采集车)在惯性导航***坐标系中的速度和位置(POS数据)；其中常用的大地坐标系为WGS-84坐标系。
S2.获取选定的至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在预处理点云中的坐标。优选地，获取选定的至少三个标定特征点在大地坐标系和预处理点云中的坐标，并将每个标定特征点在大地坐标系和预处理点云中的坐标对应生成一个标定特征点坐标对。
S3.根据预估转换参数、惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数和至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在预处理点云中的坐标，获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数。
下面以扫描测量***包括激光扫描仪为例详细说明本实施例中用于获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数的方法，应当理解的是，激光扫描仪仅仅只是作为示例，并非意在限定本发明。
一、首先介绍大地坐标系下的预处理点云是怎样生成的，主要包括如下步骤：
11)选取空旷、GPS信号良好的区域建立标定场。标定场建好后使用车载激光扫描仪对标定场进行扫描，获取到扫描后反射回的原始扫描数据以及惯性导航***反馈回的POS数据，采用Inertial Explorer对POS数据进行解算，得到高精度的测量车扫描过程中在惯性导航***坐标系下的绝对位置与姿态数据。
12)对原始扫描数据解码，获取扫描至标定场中地面物表面的激光点在激光扫描仪坐标系下的点的坐标及其对应的高精度的扫描时间，为了引用方便，我们将解码后获取的激光扫描仪坐标系下的点的坐标及其对应的高精度的扫描时间称为点数据。
13)使用扫描测量***坐标系(激光扫描仪坐标系)到惯性导航***坐标系的预估转换参数将扫描测量***坐标系(激光扫描仪坐标系)下的上述点数据转换至惯性导航***坐标系下，以使每个点数据在惯性导航***坐标系下与同时刻测量车的绝对位置与姿态数据进行完美融合，获取融合后的点数据。
14)对原始扫描数据进行差分GPS/INS数据解算获取惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数。
15)根据惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数对融合后的点数据进行修正，生成大地坐标系下的预处理点云。得到的预处理点云(为激光点云)如图2所示，可以看到从预处理点云中能够明显的分辨出房屋角点、窗户角点等位置特征。生成激光点云的方法属于一种比较成熟的现有技术，具体可以参看陈为民于2012年在武汉大学学报上发表的“基于全景成像与激光扫描的城市快速三维测量与重建技术研究”这篇论文中的相关介绍。
二、接下来介绍如何获取选定的至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在预处理点云中的坐标，主要包括如下步骤：
21)如图3所示，优先选取标定场内建筑物的房屋角点以及窗户角点(图3中圆圈圈定范围内的点)等形状突出、明显的位置点作为标定特征点，至少选取三个，之后使用RTK测量技术获取选定的标定特征点在大地坐标系下的坐标。
22)对大地坐标系下的预处理点云进行可视化处理，在可视化界面中量取标定特征点在该预处理点云中的坐标。预处理点云在可视化界面的显示状态可以参看图4，通过可视化界面可以很方便的找到标定特征点(图中白色方框圈定范围内的房屋角点、窗户角点等)并量取标定特征点在预处理点云中的坐标。
根据步骤21)和步骤22)就可以获取选定的标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在预处理点云中的坐标了。
三、最后介绍如何根据预估转换参数、惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数和至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在预处理点云中的坐标，获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数，具体包括如下步骤：
31)获取如下第一关系式
Figure BDA0001100245100000131
其中
Figure BDA0001100245100000132
为根据惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数得到的惯性导航***坐标系到大地坐标系的第一转换矩阵；
Figure BDA0001100245100000133
为根据预估转换参数得到的扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的预估转换矩阵；xLaser代表标定特征点在扫描测量***坐标系下的坐标，XPC代表标定特征点在预处理点云中的坐标。
因为从惯性导航***坐标系到大地坐标系的转换参数已经通过对原始扫描数据进行差分GPS/INS数据解算得到，为已知值，因此第一转换矩阵
Figure BDA0001100245100000134
也为已知值；另，因为从扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的预估转换参数已经由测量人员根据经验事先预估获取，为已知值，因此预估转换矩阵
Figure BDA0001100245100000135
也为已知值。
32)获取如下第二关系式
Figure BDA0001100245100000141
其中
Figure BDA0001100245100000142
为描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的第二转换矩阵；XRTK代表标定特征点在大地坐标系下的坐标；
33)根据第一关系式和第二关系式得到如下第三关系式
Figure BDA0001100245100000143
具体地，将第二关系式与第一关系式相除后整理可得第三关系式。
34)根据至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在预处理点云中的坐标对第三关系式进行解算，获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数。
具体地，第三关系式中，
Figure BDA0001100245100000144
为已知值，而且知道至少三个标定特征点在大地坐标系下的坐标XRTK和对应的在预处理点云中的坐标XPC，采用适用于大角度的三维坐标转换参数求解算法对代入标定特征点在大地坐标系下的坐标XRTK和对应的在预处理点云中的坐标XPC获取的多个等式进行解算(等式数量与选取的标定特征点的数量一致)，就可以获得扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数了。关于适用于大角度的三维坐标转换参数求解算法可以参看姚宜斌等2012年在武汉大学学报上发表的“一种适用于大角度的三维坐标转换参数求解算法”这篇论文相关部分的介绍。
优选地，第一关系式、第二关系式和第三关系式中不同坐标系之间的转换矩阵用如下公式表述：
Figure BDA0001100245100000151
其中
Figure BDA0001100245100000152
表示从坐标系a到坐标系b的三个欧拉旋转角
Figure BDA0001100245100000153
构成的旋转矩阵，
Figure BDA0001100245100000154
表示从坐标系a到坐标系b的三个平移参数，i＝1、2或3。
也即将预估的从扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的预估转换参数(三个欧拉旋转角
Figure BDA0001100245100000155
以及三个平移参数
Figure BDA0001100245100000156
)代入上述转换矩阵，就可以获取到预估转换矩阵
Figure BDA0001100245100000157
为已知值；将从扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数(三个欧拉旋转角
Figure BDA0001100245100000158
以及三个平移参数
Figure BDA0001100245100000159
)代入上述转换矩阵，就可以获取到扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的第二转换矩阵
Figure BDA00011002451000001510
在此基础上解算第三关系式，就可以直接解算出扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数
Figure BDA00011002451000001511
和
Figure BDA00011002451000001512
对扫描测量***进行外标定了，且转换参数无需以旋转矩阵的形式存在。
综上所述，本实施例中的用于获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数的方法，先根据扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的预估转换参数以及惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数生成大地坐标系下的预处理点云；之后获取选定的至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在预处理点云中的坐标；最后根据预估转换参数、惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数和至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在预处理点云中的坐标就可以获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数了。也即无需获取从扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系之间的精确的初始转换参数，只需根据经验预估一个预估转换参数即可；也无需获取标定特征点在扫描测量***坐标系下的坐标，简化了获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数的流程，提升了对扫描测量***进行外标定的效率。
实施例2
本实施例提供了一种用于获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数的装置，如图5所示，包括：
预处理点云生成单元11，用于根据扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的预估转换参数以及惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数生成大地坐标系下的预处理点云。优选地，扫描测量***是激光扫描仪。
对应坐标生成单元12，用于获取选定的至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在预处理点云中的坐标。
解算单元13，用于根据预估转换参数、惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数和至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在预处理点云中的坐标获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数。
优选地，本实施例中的用于获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数的装置，其对应坐标生成单元12获取选定的至少三个标定特征点在大地坐标系和预处理点云中的坐标，并将每个标定特征点在大地坐标系和预处理点云中的坐标对应生成一个标定特征点坐标对。
优选地，本实施例中的用于获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数的装置，解算单元13进一步包括：
第一关系式获取子单元131，用于获取如下第一关系式
Figure BDA0001100245100000171
其中
Figure BDA0001100245100000172
为根据惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数得到的惯性导航***坐标系到大地坐标系的第一转换矩阵；
Figure BDA0001100245100000173
为根据预估转换参数得到的扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的预估转换矩阵；xLaser代表标定特征点在扫描测量***坐标系下的坐标，XPC代表标定特征点在预处理点云中的坐标；
第二关系式获取子单元132，用于获取如下第二关系式
Figure BDA0001100245100000174
其中
Figure BDA0001100245100000175
为描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的第二转换矩阵；XRTK代表标定特征点在大地坐标系下的坐标；
第三关系式获取子单元133，用于根据第一关系式和第二关系式得到如下第三关系式
Figure BDA0001100245100000181
解算子单元134，用于根据至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在预处理点云中的坐标对第三关系式进行解算，获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数。
优选地，本实施例中的用于获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数的装置，第一关系式、第二关系式和第三关系式中不同坐标系之间的转换矩阵用如下公式表述：
Figure BDA0001100245100000182
其中
Figure BDA0001100245100000183
表示从坐标系a到坐标系b的三个欧拉旋转角
Figure BDA0001100245100000184
构成的旋转矩阵，
Figure BDA0001100245100000185
表示从坐标系a到坐标系b的三个平移参数，i＝1、2或3。
本实施例中的用于获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数的装置，无需获取从扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系之间的精确的初始转换参数，只需根据经验预估一个预估转换参数即可；也无需获取标定特征点在扫描测量***坐标系下的坐标，简化了获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数的流程，提升了对扫描测量***进行外标定的效率。
实施例3
本实施例提供了一种移动测图***，包括实施例2中的用于获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数的装置。
本实施例中的移动测图***，通过用于获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数的装置，无需获取从扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系之间的精确的初始转换参数，只需根据经验预估一个预估转换参数即可；也无需获取标定特征点在扫描测量***坐标系下的坐标，简化了获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数的流程，提升了对扫描测量***进行外标定的效率。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

Claims (10)

1.一种用于获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数的方法，其特征在于，包括：
根据扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的预估转换参数以及惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数生成大地坐标系下的预处理点云；
获取选定的至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在所述预处理点云中的坐标；
根据所述预估转换参数、所述惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数和所述至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在所述预处理点云中的坐标，获取所述扫描测量***坐标系到所述惯性导航***坐标系的转换参数，包括：根据下式得到所述扫描测量***坐标系到所述惯性导航***坐标系的转换参数：
Figure FDA0002583778350000011
其中，
Figure FDA0002583778350000012
为所述扫描测量***坐标系到所述惯性导航***坐标系的第二转换矩阵，即所述扫描测量***坐标系到所述惯性导航***坐标系的转换参数；
Figure FDA0002583778350000013
为根据所述预估转换参数得到的所述扫描测量***坐标系到所述惯性导航***坐标系的预估转换矩阵；XPC代表标定特征点在所述预处理点云中的坐标；XRTK代表所述标定特征点在所述大地坐标系下的坐标。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取选定的至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在所述预处理点云中的坐标的步骤中，获取选定的至少三个标定特征点在大地坐标系和所述预处理点云中的坐标，并将每个所述标定特征点在大地坐标系和所述预处理点云中的坐标对应生成一个标定特征点坐标对。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述预估转换参数、所述惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数和所述至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在所述预处理点云中的坐标，获取所述扫描测量***坐标系到所述惯性导航***坐标系的转换参数包括：
获取如下第一关系式
Figure FDA0002583778350000021
其中
Figure FDA0002583778350000022
为根据所述惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数得到的惯性导航***坐标系到大地坐标系的第一转换矩阵；
Figure FDA0002583778350000023
为根据所述预估转换参数得到的扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的预估转换矩阵；xLaser代表标定特征点在扫描测量***坐标系下的坐标，XPC代表标定特征点在预处理点云中的坐标；
获取如下第二关系式
Figure FDA0002583778350000024
其中
Figure FDA0002583778350000031
为扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的第二转换矩阵；XRTK代表标定特征点在大地坐标系下的坐标；
根据所述第一关系式和所述第二关系式得到如下第三关系式
Figure FDA0002583778350000032
根据所述至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在所述预处理点云中的坐标对所述第三关系式进行解算，获取所述扫描测量***坐标系到所述惯性导航***坐标系的转换参数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一关系式、所述第二关系式和所述第三关系式中不同坐标系之间的转换矩阵用如下公式表述：
Figure FDA0002583778350000033
其中
Figure FDA0002583778350000034
表示从坐标系a到坐标系b的三个欧拉旋转角
Figure FDA0002583778350000035
构成的旋转矩阵，
Figure FDA0002583778350000036
表示从坐标系a到坐标系b的三个平移参数，i＝1、2或3。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述扫描测量***是激光扫描仪。
6.一种用于获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数的装置，其特征在于，包括：
预处理点云生成单元，用于根据扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的预估转换参数以及惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数生成大地坐标系下的预处理点云；
对应坐标生成单元，用于获取选定的至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在所述预处理点云中的坐标；
解算单元，用于根据所述预估转换参数、所述惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数和所述至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在所述预处理点云中的坐标获取所述扫描测量***坐标系到所述惯性导航***坐标系的转换参数，包括：根据下式得到所述扫描测量***坐标系到所述惯性导航***坐标系的转换参数：
Figure FDA0002583778350000041
其中，
Figure FDA0002583778350000042
为所述扫描测量***坐标系到所述惯性导航***坐标系的第二转换矩阵，即所述扫描测量***坐标系到所述惯性导航***坐标系的转换参数；
Figure FDA0002583778350000043
为根据所述预估转换参数得到的所述扫描测量***坐标系到所述惯性导航***坐标系的预估转换矩阵；XPC代表标定特征点在所述预处理点云中的坐标；XRTK代表所述标定特征点在所述大地坐标系下的坐标。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述对应坐标生成单元获取选定的至少三个标定特征点在大地坐标系和所述预处理点云中的坐标，并将每个所述标定特征点在大地坐标系和所述预处理点云中的坐标对应生成一个标定特征点坐标对。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述解算单元包括：
第一关系式获取子单元，用于获取如下第一关系式
Figure FDA0002583778350000051
其中
Figure FDA0002583778350000052
为根据所述惯性导航***坐标系到大地坐标系之间的转换参数得到的惯性导航***坐标系到大地坐标系的第一转换矩阵；
Figure FDA0002583778350000053
为根据所述预估转换参数得到的扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的预估转换矩阵；xLaser代表标定特征点在扫描测量***坐标系下的坐标，XPC代表标定特征点在预处理点云中的坐标；
第二关系式获取子单元，用于获取如下第二关系式
Figure FDA0002583778350000054
其中
Figure FDA0002583778350000055
为扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的第二转换矩阵；XRTK代表标定特征点在大地坐标系下的坐标；
第三关系式获取子单元，用于根据所述第一关系式和所述第二关系式得到如下第三关系式
Figure FDA0002583778350000056
解算子单元，用于根据所述至少三个标定特征点在大地坐标系中的坐标和对应的在所述预处理点云中的坐标对所述第三关系式进行解算，获取所述扫描测量***坐标系到所述惯性导航***坐标系的转换参数。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一关系式、所述第二关系式和所述第三关系式中不同坐标系之间的转换矩阵用如下公式表述：
Figure FDA0002583778350000061
其中
Figure FDA0002583778350000062
表示从坐标系a到坐标系b的三个欧拉旋转角
Figure FDA0002583778350000063
构成的旋转矩阵，
Figure FDA0002583778350000064
表示从坐标系a到坐标系b的三个平移参数，i＝1、2或3。
10.一种移动测图***，其特征在于，包括权利要求6-9任一项所述的用于获取扫描测量***坐标系到惯性导航***坐标系的转换参数的装置。
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