用于大范圍多視場拼接測量的結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)校準(zhǔn)方法（征求意見稿）

1T/CSOE0007—2025用于大范圍多視場拼接測量的結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)校準(zhǔn)方法本標(biāo)準(zhǔn)給出了球棒標(biāo)準(zhǔn)器校準(zhǔn)法、激光跟蹤儀校準(zhǔn)法校準(zhǔn)用于大范圍多視場拼接測量的結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)測量精度的校準(zhǔn)原理、校準(zhǔn)裝置、校準(zhǔn)條件和校準(zhǔn)方法。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了用于大范圍多視場拼接測量的結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)結(jié)果和復(fù)校時(shí)間間隔要求。本標(biāo)準(zhǔn)適用于測量對象需要大范圍多視場拼接測量時(shí)的結(jié)構(gòu)光結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)測量精度的校2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T16857產(chǎn)品幾何級數(shù)規(guī)范（GPS）坐標(biāo)測量系統(tǒng)（CMS）的驗(yàn)收檢測和復(fù)檢檢測JJF1001-2011《通用計(jì)量術(shù)語及定義》JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》JJF1071-2010《國家計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范編寫規(guī)則》JJF1951-2021《基于結(jié)構(gòu)光掃描的光學(xué)三維測量系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范》ISO10360-13-2021Geometricalproductspecifications(GPS)acceptanceandreverificationtestsforcoordinatemeasuringsystems(CMS)Part13:Optical3DCMS3術(shù)語和定義JJF1951-2021《基于結(jié)構(gòu)光掃描的光學(xué)三維測量系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范》界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)structuredlight3Dmeasurementsystem結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)是一種通過投射結(jié)構(gòu)光圖案至物體表面，并利用相機(jī)捕獲物體表面的結(jié)構(gòu)光圖像，結(jié)合三角測量原理計(jì)算物體表面三維坐標(biāo)的測量設(shè)備。3.2全局定位系統(tǒng)globalpositioningsystem由一個(gè)或多個(gè)視場范圍相對較大的三維測量系統(tǒng)組成，能夠?qū)Y(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)跟蹤定位，從而完成結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)的多視場數(shù)據(jù)拼接。包括但不限于視覺/攝影測量系統(tǒng)、激光跟蹤儀等。3.3移動(dòng)式平臺(tái)mobileplatform能夠沿著給定軌跡或路徑運(yùn)動(dòng)的裝置，用于承載局部測量單元。4球棒標(biāo)準(zhǔn)器校準(zhǔn)法4.1校準(zhǔn)原理球心距測量示值誤差SDB應(yīng)在整個(gè)測量范圍n=7個(gè)不同位置分別測量。建議按照圖4所示布置和測量標(biāo)準(zhǔn)器，每個(gè)位置上標(biāo)準(zhǔn)球棒的分布范圍應(yīng)至少覆蓋該方向上測量空間長度的80%。單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球棒長度不足時(shí)，可以在空間首尾銜接、分時(shí)擺放多個(gè)位置。T/CSOE0007—20252）；2在測量空間的側(cè)面（4）、后面（5）和一個(gè)側(cè)面（6）的圖1球棒的推薦排列對于所有測量位置，用定半徑擬合法，擬合所有球心位置。計(jì)算球棒在每個(gè)位置的球心距Lmeas,i，球心距測量示值誤差SDBi，是測量值Lmeas,i與被測長度校準(zhǔn)值Lref,i之差。取各位置中絕對值最大者，作為球心距示值誤差SDB的測量結(jié)果：式中：i——位置的序號，i=1,2,...,n用于大尺寸拼接測量的三維測量系統(tǒng)的測量精度由球心距測量示值誤差SDB表征。4.2校準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)采用標(biāo)準(zhǔn)球棒應(yīng)由陶瓷、鋼、鋁或其他剛性材料制成。標(biāo)準(zhǔn)球棒球心距不小于1000mm，球徑誤差優(yōu)于±2μm，球心距誤差優(yōu)于±5μm。4.3校準(zhǔn)條件4.3.1環(huán)境條件環(huán)境條件，包括環(huán)境的振動(dòng)，背景光、環(huán)境溫度及其均勻性、變化率等，應(yīng)在不確定度評定中進(jìn)行考慮。同時(shí)，不應(yīng)有影響測量的其他環(huán)境因素。4.3.2校準(zhǔn)用軟件a)校準(zhǔn)過程中應(yīng)使用設(shè)備的配套（數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理）軟件。b)設(shè)定圖像采集處理的點(diǎn)間距、快門時(shí)間、稀疏點(diǎn)云參數(shù)、剔除率、擬合算法等。1)需要稀疏點(diǎn)云時(shí)，應(yīng)按照使用說明書進(jìn)行。如果制造商未規(guī)定這些參數(shù)，則不考慮稀疏點(diǎn)云。2)剔除率設(shè)定為0.3%。3)除廠商明確規(guī)定外，擬合算法推薦采用最小二乘法。4.4校準(zhǔn)方法4.4.1校準(zhǔn)前準(zhǔn)備T/CSOE0007—20253校準(zhǔn)前作如下準(zhǔn)備：a)清潔結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)器，不應(yīng)有影響校準(zhǔn)操作的多余物；b)結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)的配置與安裝；c)對操作模式進(jìn)行設(shè)置，包括照明的類型和亮度、測量范圍、系統(tǒng)用傳感器的類型、數(shù)量和分布等；d)結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)標(biāo)定。4.4.2校準(zhǔn)步驟校準(zhǔn)步驟如下：a)結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)的啟動(dòng)/預(yù)熱周期；b)將標(biāo)準(zhǔn)球棒按圖1所示依次擺放7個(gè)位置；c)在每個(gè)位置，使用被校結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)測量標(biāo)準(zhǔn)球棒；d)根據(jù)獲取的三維數(shù)據(jù)計(jì)算球心距測量示值誤差。4.5測量不確定度按要求進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí),球棒標(biāo)準(zhǔn)器校準(zhǔn)法的測量不確定度優(yōu)于被測儀器球心距測量示值誤差的1/3。5激光跟蹤儀校準(zhǔn)法5.1校準(zhǔn)原理在測量空間內(nèi)布置球面靶標(biāo)，利用激光跟蹤儀對球面靶標(biāo)中心點(diǎn)位置進(jìn)行測量。激光跟蹤儀安裝在球面靶標(biāo)中心點(diǎn)連線位置的一端，調(diào)整出光中心到球面靶標(biāo)中心線位置，測量球面靶標(biāo)球心坐標(biāo)，作為參考點(diǎn)。球心距測量示值誤差SDT應(yīng)在大尺寸拼接測量系統(tǒng)空間測量范圍內(nèi)的7個(gè)不同方位（位置和方向）分別測量。建議按照圖3所示的7個(gè)方位上分別布置4個(gè)球面靶標(biāo)，共布置28個(gè)球面靶標(biāo)，其分布范圍應(yīng)至少覆蓋測量空間對應(yīng)方向長度的80%。表1測量空間的不同方向1234567），），圖2球面靶標(biāo)的推薦排列T/CSOE0007—20254拼接測量得到每個(gè)球面靶標(biāo)表面三維點(diǎn)云，用定半徑擬合法，擬合所有球心位置，每個(gè)方位上分別取靠近測量空間邊緣的一對球面靶標(biāo)和靠近測量空間中心的一對球面靶標(biāo)計(jì)算出2組球心距。在7個(gè)方位上，共計(jì)算出n=14組球心距。以激光跟蹤儀測得的球心距Lref,i為參考，球心距示值誤差SDTi是測量值Lmeas,i與參考值Lref,i之差。取最大值作為球心距示值誤差SDT的測量結(jié)果：i式中：i——位置的序號，i=1,2,...,n。用于大尺寸拼接測量的三維測量系統(tǒng)的測量精度由球心距測量示值誤差SDT表征。5.2校準(zhǔn)裝置在測量空間內(nèi)布置28個(gè)球面靶標(biāo)，球面靶標(biāo)分布范圍至少能夠覆蓋標(biāo)稱測量空間每條邊長的80%。使用激光跟蹤儀測得的球面靶標(biāo)球心坐標(biāo)作為校準(zhǔn)用參考。球面靶標(biāo)球心與光學(xué)中心之間的誤差不大于0.003mm。5.3校準(zhǔn)條件5.3.1環(huán)境條件環(huán)境條件，包括環(huán)境的振動(dòng)，背景光、環(huán)境溫度及其均勻性、變化率等，應(yīng)在不確定度評定中進(jìn)行考慮。同時(shí)，不應(yīng)有影響測量的其他環(huán)境因素。5.3.2校準(zhǔn)用軟件a)校準(zhǔn)過程中應(yīng)使用設(shè)備的配套（數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理）軟件。b)設(shè)定圖像采集處理的點(diǎn)間距、快門時(shí)間、稀疏點(diǎn)云參數(shù)、剔除率、擬合算法等。1)需要稀疏點(diǎn)云時(shí)，應(yīng)按照使用說明書進(jìn)行。如果制造商未規(guī)定這些參數(shù)，則不考慮稀疏點(diǎn)云。2)剔除率設(shè)定為0.3%。3)除廠商明確規(guī)定外，擬合算法推薦采用最小二乘法。5.4校準(zhǔn)方法5.4.1校準(zhǔn)前準(zhǔn)備校準(zhǔn)前作如下準(zhǔn)備：a)清潔結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)器，不應(yīng)有影響校準(zhǔn)操作的多余物；b)結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)的配置與安裝；c)對操作模式進(jìn)行設(shè)置，包括照明的類型和亮度、測量范圍、系統(tǒng)用傳感器的類型、數(shù)量和分布等；d)結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)標(biāo)定；e)將球面靶標(biāo)按圖2所示依次擺放28個(gè)位置處，利用激光跟蹤儀獲取球心距。5.4.2校準(zhǔn)步驟校準(zhǔn)步驟如下：a)結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)的啟動(dòng)/預(yù)熱周期；b)使用被校結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)測量在7個(gè)方位上測量28個(gè)球面靶標(biāo)；c)根據(jù)獲取的三維數(shù)據(jù)計(jì)算球心距測量示值誤差。5.5測量不確定度T/CSOE0007—20255按要求進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí),激光跟蹤儀校準(zhǔn)法的測量不確定度優(yōu)于被測儀器球心距測量示值誤差的1/3。用于大尺寸拼接測量的結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)校準(zhǔn)結(jié)果的測量不確定度評定示例見附錄A。6校準(zhǔn)結(jié)果經(jīng)校準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)光測量系統(tǒng)出具校準(zhǔn)證書，校準(zhǔn)證書應(yīng)符合JJF1071—2010中5.12的要求，其中校準(zhǔn)結(jié)果及其不確定度部分列出校準(zhǔn)方法及數(shù)據(jù)，并注明測量環(huán)境（溫度、濕度、振動(dòng)）、測量時(shí)間、測量人員、點(diǎn)間距、快門時(shí)間、稀疏點(diǎn)云參數(shù)、刪除點(diǎn)的比例、擬合算法、使用軟件的生產(chǎn)商和版本號等必要信息。7復(fù)校時(shí)間間隔使用者根據(jù)實(shí)際使用情況決定復(fù)校時(shí)間間隔。建議復(fù)校間隔一般不超過1年。T/CSOE0007—20256（資料性）激光跟蹤儀球心距測量示值誤差不確定度評定示例測量模型：式中：Lmeas,i——結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)拼接測量得到的第i個(gè)球心距，mm；Lref,i——激光跟蹤儀測量得到的第i個(gè)球心距，mm。不確定度來源分析：1)結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)的重復(fù)性（A類評定）通過10次重復(fù)測量固定目標(biāo)點(diǎn)，計(jì)算單點(diǎn)坐標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)偏差（表征系統(tǒng)隨機(jī)誤差）。示例值：urep=0.03mm（取點(diǎn)距離重心的最大值）2)激光跟蹤儀測量誤差（B類評定）激光跟蹤儀作為參考標(biāo)準(zhǔn)，其誤差直接影響校準(zhǔn)結(jié)果的可靠性。校準(zhǔn)證書給出其同向擴(kuò)展不確定度示例值：U=0.02mm(k=2)，標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：3)球面靶標(biāo)光學(xué)中心誤差（B類評定