Diplomarbeit Michael Nedeß

Titel der Arbeit:

Kalibrierung und Validierung eines 2D-Laserscanners in Kombination mit einem GPS/INS-Positionierungssystem zur Erzeugung georeferenzierter 3D-Punktwolken

Betreuer: Dr.-Ing. Steffen Scheller, Dipl.-Ing. Marc Schulze, Dipl.-Ing. Nadine Stelling

Beschreibung:

Für die Integration eines Laserscanners in ein kinematisches Multisensorsystem ist es notwendig die Position und Orientierung des Scanners in Bezug auf das Fahrzeugkoordinatensystem zu kennen. Dieses Problem ist in der Photogrammetrie auch unter dem Begriff Bore-Sight Alignement bekannt. Das Ziel dieser Arbeit war es eine geeignete Methode für eine Bore-Sight Kalibrierung zu finden und diese anschließend an einem Testdatensatz umzusetzen. Als Mobile Mapping System kam hierbei die IRIS 5 (Abb. 1 links) der Firma Lehmann+Partner und als Laserscanner der CPS202 (Abb.1 rechts) des Fraunhofer IPM zum Einsatz.

 

Die Kalibrierung wurde mithilfe von Referenzebenen innerhalb eines Messgebietes durchgeführt, welche für diesen Zweck tachymetrisch erfasst wurden (Abb. 2).

 

Die Bore-Sight Parameter wurden im Rahmen einer Ausgleichung derart verändert, dass die Summe der quadrierten Abstände der gescannten Punkte zu den Referenzebenen minimal wird (Abb. 3).

 

Dabei hat sich herausgestellt, dass die Bore-Sight Translationen mit den Rotationen korreliert sind. Aus diesem Grund wurden lediglich die Rotationen ausgeglichen. Näherungswerte für die Bore-Sight Parameter wurden durch mechanische Streckenmessung und Berechnungen im rechtwinkligen Dreieck bestimmt. Das geometrische Modell der Ausgleichung ergibt sich aus der Umwandlung der sphärischen Koordinaten der Laserscannermessungen in kartesische Koordinaten, einer anschließenden Helmert-Transformation in das übergeordnete Fahrzeugkoordinatensystem und einer weiteren Helmert-Transformation in das wiederum übergeordnete Trajektorienkoordinatensystem (Abb. 4).

 

Die Beobachtungsgleichungen für die Ausgleichung ergeben sich aus der Berechnung des Abstandes vom Scanpunkt zur Referenzebene (Abb. 5).

 

Abb. 6 stellt die Ausgleichungsergebnisse anhand einer Testpunktwolke grafisch dar. Das Objekt wurde durch drei Vorbeifahrten vom Scanner erfasst. Die Teilpunktwolken sind entsprechend eingefärbt. Die linke Seite der Grafik zeigt die Punktwolke vor und die rechte Seite der Grafik zeigt die Punktwolke nach der Kalibrierung.