A study of calibration methods for terrestrial three-dimensional scanning systems

Abstract

В данной работе приводится реализация способа калибровки трёхмерной сканирующей системы по сканам испытательного полигона с применением степенных полиномов. В целом, калибровка наземного лазерного сканера необходима в первую очередь для уменьшения систематических ошибок, возникающие при лазерном сканировании. Остальные систематические ошибки необходимо включать в стохастическую модель облака точек. Цель данной работы заключается в исследовании универсального способа калибровки наземных лазерных сканирующих систем. Суть работы состояла в следующем: во-первых, для калибровки наземных лазерных сканеров был организован высокоточный тест-полигон, состоящий более чем из 220 марок, выступающих в роли точек опорной сети, измеренных при двух кругах электронного тахеометра в общей сложности с шести точек стояния. Во-вторых, в данной работе исследовалась зависимость качества калибровки наземных трёхмерных сканирующих систем сразу у двух приборов разной степени износа при различных разрешениях сканирования. В-третьих, апробация результатов исследования происходила в два этапа: на первом этапе производилась оценка качества калибровки по исходным откорректированным сканам на основании поправок, полученных в результате непосредственно самой калибровки, а на втором этапе был организован дополнительный испытательный полигон, на котором вновь было произведено повторное наземное лазерное сканирование с последующей оценкой результатов калибровки на новых сканах.

This paper presents the implementation of a method for calibrating a three-dimensional scanning system using scans of a test site using power polynomials. In general, calibration of a ground-based laser scanner is necessary primarily to reduce systematic errors that occur during laser scanning. The remaining systematic errors must be included in the stochastic point cloud model. The purpose of this work is to study a universal method of calibration of ground-based laser scanning systems. The essence of the work was as follows: firstly, for the calibration of ground-based laser scanners, a high-precision test site was organized, consisting of more than 220 brands acting as reference points of the network, measured with two circles of the electronic total station from a total of six standing points. Secondly, in this paper, the dependence of the calibration quality of ground-based three-dimensional scanning systems on two devices of different degrees of wear at different scanning resolutions was investigated. Thirdly, the testing of the results of the study took place in two stages: at the first stage, the calibration quality was assessed using the original corrected scans based on the corrections obtained as a result of the calibration itself, and at the second stage, an additional test site was organized, where repeated ground laser scanning was performed again, followed by an assessment of the calibration results on new scans.