Estimation of biases in lidar system calibration parameters using overlapping strips

Abstract

AbstractLight detection and ranging (lidar) system calibration is essential to ensure the positional accuracy of the derived point cloud. Current lidar self-calibration techniques require full access to the system parameters and raw measurements (e.g., platform position and orientation, laser ranges, and scan mirror angles). Unfortunately, the raw measurements are not always available to the end-users. The absence of such information is limiting the widespread adoption of lidar calibration activities by the end-user. This paper proposes two alternative procedures for lidar system calibration, namely simplified and quasi-rigorous methods, which do not require the system raw measurements. The simplified method uses the lidar point cloud coordinates in overlapping parallel strips over terrain with moderate elevation variation to estimate biases in the system parameters. In this approach, the conventional lidar georeferencing equation is simplified based on a few reasonable assumptions. The quasi-rigorous method, on the other hand, is proposed to handle heading variations and varying terrain elevations using the time-tagged point coordinates and trajectory position data. Experimental results from simulated and real datasets showed that the proposed methods successfully estimated biases in system parameters, which produced more precise lidar points.Les paramètres provenant de la calibration des lidar sont essentiels pour garantir la précision des nuages de points. De nos jours, Les techniques d'auto calibration lidar exigent un accès complet aux paramètres systèmes et aux mesures brutes (ie position et orientation de la plate forme, distance laser et angles de scans des miroirs). Cependant, les mesures brutes ne sont en général pas disponibles pour l'utilisateur final. L'absence d'une telle information est un facteur limitant pour l'extension des activités de calibration lidar par l'utilisateur final. Ce papier propose deux méthodes alternatives pour la calibration de systèmes lidar, simplifiées et quasi-rigoureuse, qui ne nécessite pas un recours aux données systèmes brutes. La méthode simplifiée utilise les coordonnées des points lidar disponibles dans les bandes parallèles de recouvrement au dessus de terrain a faible variation spatiale, pour estimer les biais de l'estimation des paramètres systèmes. Dans cette approche, l' équation classique du lidar est simplifiée sur la base d'hypothèses raisonnables. D'autre part, la méthode quasi rigoureuse est aussi proposée pour traiter les variations d'attitude et d'altitude, par le biais de l'utilisation de marqueurs temporels associés aux points et aux données trajectographiques. Les résultats expérimentaux provenant des jeux de données simulées et réels montrent l'efficacité de la méthode proposée quant à l'estimation des paramètres systèmes biaisés, contribuant ainsi à une meilleure estimation des points lidar.