手持式激光扫描仪瞬时位置姿态的一种反求方法

贺 磊，郑卫峰，王 力

(1．信息工程大学地理空间信息学院，河南郑州450052;2．65015部队，辽宁 大连116000)

一、引 言

激光扫描仪可以快速获取被测物体表面的点云数据，但由于光线的直线传播特性，在每个视角下扫描仪只能测量物体某一局部的表面数据。为了获取物体整个表面的三维数据，需要从不同视角对物体进行多次测量。每个不同视角下的测量都是在扫描仪当前坐标系下进行的，所以需要确定一个坐标转换参数，能够将各个视角得到的点集合并到一个统一的坐标系统下，得到被测物体完整的表面三维数据模型。统一坐标系的过程叫做数据配准[1]，该技术在逆向工程、曲面质量检测和虚拟现实等领域均有着广泛的应用。

数据配准方法的不同决定了扫描模式的差异，依据灵活性分类，可以把扫描模式分为静态扫描和动态扫描。大多数地面扫描仪采用静态扫描方式，将扫描仪固定在支架上，在每个视角进行扫描时，扫描仪保持静止，测量完成后利用公共点或ICP算法[2]将单站数据统一转换到一个特定坐标系下，如Leica HDS6000、Trimble GS200 等。车载、机载、星载扫描仪则必须使用如卫星定位、惯导等外部测量手段解决动态扫描过程中的自动配准问题[3]，但这些外部测量设备往往相当复杂。本文提出了一种基于目标点的自动配准算法，在无须复杂外部测量手段的情况下实现动态扫描，从而能够实现方便灵活的手持式激光扫描。

二、扫描仪原型设计

激光扫描仪设计的核心在于如何实现测距，手持式扫描仪由于体积限制，无法采用有源测距技术，因而大多采用结构光测量技术实现。……