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On-the-job Range Calibration of Terrestrial Laser Scanners with Piecewise Linear Functions On-the-Job Entfernungskali-brierung von terrestrischen Laserscannern mit stückweise glatten Funktionen

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Abstract:

Phase-shift terrestrial laser scanners, as all other measuring devices, are affected by measurement errors, i.e.errors in range and vertical and horizontal angle. These errors are composed of a random and a systematic part. The systematic errors of the range measurement are in the order of a few millimeters, whereas random range measurement errors are higher.An on-the-job range calibration method is presented and applied on a real dataset. The method relies on scanned datasets of planar surfaces, so called "patches". Assuming that the measured points are on these patches, parameters of the range correction function, scanner and patch parameters are estimated simultaneously using least squares adjustment.A continuous piecewise linear correction function is suggested, and its parameters are estimated using the proposed adjustment method. This is, from the theoretical point of view, the main contribution of this paper. It effectively exploits the massive overdetermination provided by terrestrial laser scanning and advances previously suggested selfcalibration approaches (Gielsdorf et a1. 2004, Bae & Lichti 2007). The actual range correction function for a FARO LS 880HE instrument clearly shows the periodic range errors reported by other authors. The correction function also shows shorter periodic errors not reported before as well as non-periodic systematic errors.

German
Die Winkel- und Streckenmessungen von terrestrischen Laserscannern sind durch zufällige und systematische Fehler verfälscht. Bei der Entfernungsmessung nach dem Phasenvergleichsverfahren sind die systematischen Fehler typischerweise zwar kleiner als die zufälligen Fehler, aber auch schwieriger zu bestimmen. In diesem Artikel wird eine ,,on the job" Kalibrierungsmethode für die Streckenmessungen präsentiert und an einem realen Datensatz getestet. Die Methode setzt voraus, dass ebene Flächenstücke in der gescannten Punktwolke vorhanden sind. In der Folge werden in einer Ausgleichung nach vermittelnden Beobachtungen die Orientierungsparameter der einzelnen Scanpositionen, die Ebenenparameter und die Parameter für die Entfernungskorrektur simultan berechnet. Letztere ist durch eine stetige, stückweise lineare Korrekturfunktion realisiert. Diese Form der Korrekturfunktion und die simultane Berechnung ihrer Parameter ist der Hauptbeitrag dieses Artikels. Der Ansatz nutzt die in Laserdaten vorhandene Überbestimmung sehr rierungsvorschläge (Gielsdorf et al. 2004, Bae & Lichti 2007). Im Beispieldatensatz eines FARO LS 880HE Laserscanners zeigten sich deutliche periodische Korrekturanteile über die auch andere Autoren bereits berichtet haben. Mit der vorgestellten Methode wurden aber auch markante periodische Korrekturanteile mit kürzerer Wellenlänge aufgedeckt – über diese wurde bisher noch nicht berichtet. Zusätzlich wurden auch nicht-periodische Anteile festgestellt.

Keywords: CALIBRATION; LASER SCANNING; SYSTEMATIC ERRORS; TLS

Document Type: Research Article

DOI: https://doi.org/10.1127/0935-1221/2009/0002

Publication date: 2009-02-01

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